U бкэ=5В, Іок=1мА немесе Uокэ=5В, Іок=5мА.
Егер бұл нүктедегі токтармен кернеулер ұсынылатын (нақтылы) мәндерінен өзгеше болатын болса, онда шаққылық параметрлер (дәлірек айтқанда олардың төменгі жиіліктегі мәндері) (4.29)- кейіптемелер бойынша қайтадан есептеледі, немесе ВАС-тар бойынша аныталады.
5 Өрістік транзисторлар
Биополярлық транзистордың кемшілігі – ол кіріс кедергісінің төмендігінде, ал оны жоғарлату үшін жеткілікті күрделі схеманың керек болуы.
БПТ дегеніміз – бұл токпен басқарылатын аспап, ал сонымен бірге шала өткізгіш материалдың өткізгіштігін электр өрісінің көмегімен де басқаруға болады. Міне, егер транзистордың өткізгіштігі электр өрісімен модуляцияланса, бұл транзистор өрістік транзистор (ӨТ) деп аталады.
ӨТ-нің ең қарапайымы 1.23 а – суретте көрсетілген.
а) б)
5.1 – Сурет. Өрістік транзистор (ӨТ):
а – құралым және ығысу схемасы;
б – құйма (сток) сипаттамалары.
Бұл транзистордың үш шықпалары бар ( құйма, бастау және бекітпе). Кремний (Si) кристалынан (n – типті ) жасалған. Бұл кристал ішінде диффузия көмегімен р – типті аймақ жасалған, яғни p-n-өткелі бар.
Құйма бастауға қатысты оң таңбалы ығысқан, сондықтан n – қабатта арна пайда болады да, оның бойымен құймадан (стоктан) бастауға (истокқа) қарай ток (Id ден белгіленген) ағады. Бірақ, егер бекітпеге теріс таңбалы потенциал түсірілсе, p-n - өткелдің аймағында кедейленген қабат пайда болады да, бұл жағдай арна өткізгіштігінің нашарлауына келтіріп Id – токтың кемуіне әкеліп соғады.
Яғни, бекітпеге (затворға) түсірілген кернеу арна өткізгіштігін басқарады; теріс кернеу мәнінің шамасы неғұрлым үлкен болып өссе, соғұрлым құймадан (стоктан) бастауға (истокқа) ағатын ток кемиді. Бекітпе–арна өткелі әрдайым кері бағытта ығысқан, және бұл ауысу (өткел) арқылы шамасы сәл ғана бекітпе тоғы ағады, бірақ оны әдетте елемейді.
Егер бекітпеге түсірілген теріс таңбалы кернеу шамасын арттырсақ; Id - ток ағуын тоқтатуы да мүмкін. Міне, осыған жеткізетін бекітпе кернеуі қиылу кернеуі немесе арнаның қабысу (жабылып қалу) кернеуі деп аталады. Оның әдеттегі мәні (шамасы)
5 В. Жоғарыдағы 1.23 б Суретте ӨТ –нің әдеттегі (типті) шығыс сипаттамаларының (ВАС-тарының) тобы (үйірі) көрсетілген. Көп жағынан ӨТ электронды шамға ұқсайды, себебі бұл аспапта (яғни ӨТ) кернеумен электронды шам сияқты басқарылады. ӨТ – нің балама схемасы өте қарапайым. Бұл схемаға кіретіндер келесі:
кіріс кедергі және сыйымдылық;
ток генераторы және шығыс резистор.
5.2- Сурет. ӨТ-нің балама схемасы
Бұл балама схеманың құраушылары компоненті үшін әдеттегі шамалар келесі
R in = 1 000 МОм
C in = 30 п Ф
R out = 250 к Ом
g m = 2 мА/В
Егер RL резисторының кедергісінің шамасы жарамды (қолайлы) болса,бұл жағдайда, нақты схемалардың бәріне арналған сияқты, толық кіріс кедергі C in - конденсаторымен анықталады, ал кернеу бойынша күшейту коэффициенті g m * RL – ге тең.
Жоғарыда қарастырылған транзистор бекітпе ретінде p-n ауысуы бар n – арналы ӨТ деген аталымға иеленген. Бұл ӨТ кедейленген режімде жұмыс істейді. Режімнің осылай аталу себебі бекітпеге (затворға) түсірілген кернеу шамасын өзгерте отырып, арна өткізгіштігін кемітуге болады, яғни кедейленген қабатты тудыруға (жасауға) болады. Егер төсеніш ретінде р – типті кристалл алынса, бекітпе ретінде p-n- ауысуы бар р- арналы ӨТ-ні аламыз. Ол да жоғарыдағы қағида бойынша жұмыс істейді, бірақ кернеу көздерінің кері полярлықпен қосылған жағдайында. ӨТ-нің басқа бір түрі – ол бекітпесі оқшауланған ӨТ. Бұл транзистордың екінші аты – құрылымы металл – диэлектрик – шала өткізгіш ӨТ немесе МД ШӨ - транзистор (МОП - транзистор). Бұл транзисторда бекітпе арнадан оқшауланған.
Төмендегі 5.3 – Суретте МОП – транзистордың құрылымы көрсетілген.
5.4 – Сурет. Байыту режимінде жұмыс істейтін ӨТ-нің құрылымы
Диффузияның көмегімен р- типті төсеніш ішінде n- типті екі аймақтар (“қалталар”) қалыптастырылады. Бұл “қалталар” арасында кристалдың бетінде кремний тотығының (SiO) оқшаулау қабаты өсіріледі. Содан кейін бұл тотықтың бетінде Al – қабатын тозаңдатады да, бұл металл қабатын бекітпе ретінде пайдаланады. Міне, осындай транзистордың 4-шықпасы болады. Егер төсеніш пен бекітпе тұйықталып қосылған болса, онда бастау (исток) мен құйма (сток) арасында жүретін ток – ол ағып кету тоғы. Егер бекітпеге түсірілген потенциал базаға қатысты оң таңбалы болса, электрондар база бетіне тартылып, n-типті екі аймақтар арасындағы өткізгіштікті арттырады. Екі n-типті “қалталар” арасында ағатын құйма тоғын (тек сток) бекітпе-төсеніш кернеуінің (Uбт) көмегімен басқаруға болады. Бұл схеманың жұмыс істеу қағидасы бекітпедегі (затвордағы) кернеудің өзгеруі мен бастау мен құйма арасындағы арнаның өткізгіштігінің өзгеруіне негізделген, сондықтан осындай транзистордың аталымы “n” – арналы МОП – транзистор ( немесе екінші аты оқшауланған бекітпесі болатын транзистор), ал жұмыс істеу режімінің аты – “байыту” режімі. “Кедейленген” режімде жұмыс істейтін МОП – транзисторлар да бар. Осындай транзистор құралымы келесі беттегі 5.5 Суретте келтірілген.
Мұндай транзисторлардың бастау және құйма аймақтары n-типті жұқа қабатпен қосылған. Бастау-құйма тоғын басқару үшін бекітпеге базаға қатысты теріс таңбалы кернеу түсіріледі (дәл осылай p-n-өткелі бар ӨТ-транзисторда істегенбіз). Міне, осындай транзисторды кедейлену режімінде жұмыс істейтін n-арналы МОП-транзистор деп атайды. Әрине қарастырылған екі режімдерде (байытылған және кедейленген) жұмыс істей алатын МОП-транзисторлардың р-арналары да бар.
5.5 – Сурет. Кедейлену режимінде жұмыс істейтін ӨТ-нің құрылымы
5.6 – Сурет. Кедейлену және байыту режимінде жүмыс істейтін ӨТ-нің
құрылымы
P.S. БПТ-мен ӨТ-ні салыстыратын болсақ, ӨТ-де шығыс тоқты басқару заряд тасушылардың диффузиясымен емес, (БПТ-дегідей) электр өрісінің әрекетімен орындалады. Яғни, идеал жағдайда басқару эффектке энергияның шығынысыз (кіріс тоқтың шамасы нөльге тең) қол жеткізуге болады. ӨТ-лердің екі үлкен тобы бар:
Басқарылатын p-n-өткелі болатын ӨТ-лер (Junction Field Effect Transistor – JFET); арнаның басқарушы кернеу көзінен оқшаулануы кері ығысқан p-n-өткелмен қамтамасыз етіледі;
МДП (МДШӨ) құрылымды ӨТ-лер (MOSFET, MISFET – Metal-Oxide (Onsulatur) – Semiconductor Field Effect Transistor); оқшауландыру кремнийдің қос тотығымен қамтамасыз етіледі (арнаны бекітпе электродынан оқшаулайды) Flash- карты
.
5.7 Сурет- Flash- картасы
6 Бір p-n-ауысуы бар транзистор
Бір p-n-ауысуы бар транзистор немесе бір өткелді транзистор дегеніміз – бұл үш шықпалары болатын аспап. Оның құрылымы өткізгіштігі n-типті тілімнен (Si -кристаллынан) жасалады. Тілімнің екі шетіне түйіспелер 6.1 а Суретте көрсетілгендей бекітіледі. Эмиттер деп аталатын р-типті аймақ диффузия көмегімен тілімнің ортасында қалыптастырылған.
а) б) в)
6.1 – Сурет. Бір өткелді транзистор:
а – құрылымы;
б – балама сүлба;
в – релаксациялық генератор
Егер эмиттер тізбегі айырылған (ажыратылған) болса V1 деп белгіленген кернеудің мәні (шамасы) тілім бойымен кернеудің үлестірілуімен анықталады. Бұл үлестірілген кернеу V EO деп белгіленген (6.1 б – Сурет ). Егер V EВ1 кернеу V EO кернеуден асып түссе, яғни V EВ1 >V EO болса, онда тілім ішіне кемтіктердің инжекциясы басталады да, бұл жағдай өткізгіштіліктің өсуіне келтіреді. Осының нәтижесінде R B1 кедергі кемиді, ал бұл өз жағынан R B1 мен R B2 өткелде кернеу түсуінің пайда болуына себепші болады. Сонымен, үдей түсіп өсу эффекті басталады да, R B1 кедергі елеусіз аз шама болғанға дейін бұл эффект жүреді.
Жоғарыда 6.1 в – Суретте бірөткелді транзистор негізінде жиналған релаксациялық генератор көрсетілген. Бірөткелді транзисторлардағы генераторлар тиристорлық тұтандыру схемаларында кеңінен қолданыс тауып жүр.
Шығыс сигналдарының формасына тәуелді генераторларды екі түрге бөледі:
гармоникалық тербелістер генераторы;
релаксациялық (импульстік) тербелістер генераторы.
Гармоникалық тербелістер генераторы беретін сигналдық спектрінде бір немесе бірнеше гармоникалар болады. Релаксациялық (импульстік) генератордың шығысындағы тербелістер амплитудалары өлшеулесті болатын гармоникалардың кең спектрінен тұрады. Импульстік (релаксациялық) генераторлардың өздері де импульстердің периодты реттілік (тізбек) генераторы және импульстердің кодалық топ генераторы болып бөлінеді.
5 Кремнийден жасалған басқарылатын диод және тиристорлар тобы (үйірі)
Кейде “Si”-ден (кремнийден) жасалған басқарылатын диодты тиристор деп те атайды, ал “тиристор” аталымы (термині) сондай-ақ электрондық құраушылардың бірқатарын (үйірін) сипаттау үшін де пайдаланылады. Шын мәнінде, Si-ден жасалған басқарылатын диод – бұл үш шықпасы бар төрт қабатты аспап. Оның құрылымы 7.1 а Суретте, ал схемаларда белгілеу үшін қолданылатын сәйкесті символ 7.1 б Суретте көрсетілген.
а) б) в)
7.1 – Сурет. Кремнийден жасалған басқарылатын диод:
а – құрылымы;
б – символдық белгіленуі;
в – транзисторлық аналог.
Егер анод пен катод аралығына оң таңбалы кернеу түсірілсе, шамасы сәл ғана ток пайда болады, себебі орталық ауысу (центрлік өткел) кері ығысқан болып қалады. Кернеудің шамасын өсіргенде оның белгілі бір мәнге жеткенде тоқтың көшкіндік өсу процесі басталады. Бұл процесс тек қана сыртқы тізбектің кедергісімен шектеледі. Көшкіндік процесс басталғаннан кейін тоқтың шамасын “ұстау тоғы” деп аталатын сандық деңгей шамасына дейін төмендетуге болады.
Алайда (дегенмен), басқарушы электродқа оң таңбалы импульсті түсіріп, көшкіндік процесті инициализациялауға болады. Жоғарыда қарастырылған
жағдайдағыдай, ток жүре бастағаннан кейін оны (токты) тек “ұстау тоғы” деңгейінен төменгі шамаға дейін кемітіп тоқтатуға болады. Тәжірибе жүзінде мұны анод пен катодты конденсатор көмегімен немесе осы сияқты жолмен лезде қысқа тұйықтап та істеуге болады.
Тиристорды іске қосу үшін керек болатын басқарушы электродтың тоғы жеткілікті аз (төмен). Мысалы, қуатты тиристор ішінде 50 А асып түсетін токтар жүре алады, ал бұл жағдайдағы басқарушы электрод тоғының шамасы 20 мА.
7.2 – Сурет.Тиристордың ВАС-сы
Көшкіндік эффект әрекетін 7.1 в суреттегі p-n-p/ n-p-n қос транзисторлар жұмысының бет алысымен қарастырып түсіндіруге болады. Оң таңбалы импульс басқарушы электродқа келіп түскеннен кейін TR1 және TR2 деп белгіленген транзисторлардың екеуі де бірден ашылады. Міне, осындай схема катодпен-басқарылатын тиристор деп аталады. Егер n-p-n-p – құрылымдар пайдаланылса анодпен басқарылатын тиристор болып шығады. Бұл тиристорды іске қосу үшін теріс таңбалы басқарушы импульс керек болып шығады. Тиристорлар токты тек бір бағытта ғана өткізе алады. Егер бір корпус ішінде анодпен басқарылатын және катодпен басқарылатын тиристорларды қосып жасасақ, екі бағытта да ток өткізетін екі бағытты тиристор деп аталатын, немесе триак деп аталатын аспапты аламыз. Міне осындай құрылым және оның символдық белгіленуі 7.3 Суретте көрсетілген. Екібағытты тиристорлар айналымы ток схемаларын басқару үшін кеңінен қолданылады.
а) б)
7.3 – Сурет. Екі бағытты тиристор:
а – құралымы;
б – символдық белгіленуі;
Сонымен қатар, жоғарыда сипатталған көшкіндік эффекттің негізінде жұмыс істейтін екі шықпасы болатын төрт қабатты аспапты да жасауға болады. Бұл аспаптың аталуы – диак немесе екібағытты диодты тиристор. Осындай аспаптың МТ1 және МТ2 деп белгіленген шықпалардың арасындағы кедергісі көшкіндік процестің басталу кернеуінің шамасына жеткенше өте жоғары дәрежеде қала береді, яғни ток өткізбей оқшауланған болып тұрады. Көшкіндік процестің басталу кернеуіне жеткенде өткізгіштілігі артады (өседі) да, кернеу төменгі деңгейге дейін түседі, ал ток тек қана сыртқы кедергімен шектелінеді. Бұл жерде де бұрынғыдай аспаппен жүретін ток оның шамасы ұстау тоғының деңгейінен төмен түскеннен кейін ғана тоқтайды.
7.4 Сурет – Тиристорлар тобының шартты белгіленуы мен симмистордың ВАС-сы
8 Күшейткіштік жұмыс нүктесін тұрақтандыру
«А» режимінде жұмыс істейтін күшейткіш каскадтардың температура өзгергенде, транзисторды ауыстырғанда, транзистор және резисторлар ескіргенде жұмыс істеу қабылетін қамтамасыз ету үшін жұмыс нүркесін тұрақтандыру схемалары қолданылады. Мысалыға температура өскен кезде коллектордың тыныштық тоғы Іок өседі, осыған байланысты күшейткіштің ПЭК коэффициенті кемиді де, күшейткіш қызып кетеді. Ал, егер температура төмендесе, коллектордың тыныштық тоғы кішірейіп, түзу сызықты емес бұрмалаулар өседі, сонымен қатар шығыс кернеу, тоқ және қуат төмендеп, күшейткіштің күшейту коэффициенті кемиді.
Биполярлық транзистор каскадтарында ең көп таралған тұрақтандыру схемасы – эмиттерлік тұрақтандыру (8.1,а сурет). Бұл схемада тұрақтандыру RЭ резисторы арқылы жүретін тұрақты тоқ бойынша пайда болатын теріс кері байланыс (ТКБ) арқылы іске асырылады.
8.1 Сурет – Тұрақтандыру схемалары
а) эмитерлік тұрақтану
б) коллекторлық тұрақтану
Кері байланыс (КБ) деп күшейткіштің шығысынан кірісіне көрнеудің бір бөлігін беруді айтады. Ал, теріс деп аталатыны бұл көрі кернеу кіріс кернеуге фаза бойынша қарама - қарсы болып, сигналды кемітеді. Бұл схемада айнымалы тоқ бойынша теріс кері байланыс болмау үшін резистор RЭ үлкен сыйымдылығы болатын СЭ конденсатормен тұйықталады.
Схеманың қалай жұмыс істейтінін көрейік. База мен эмиттер арасындағы кернеу
Uоб=UR2 -URэ (32)
Егер, қандай да болмасын себептен, жұмыс нүктесі жүктеме сызығымен жоғары жылжып, коллектор тоғы өссе, (ә-Сурет), онда эмиттер тоғы да өседі.
Іоэ=Іок +Іоб =Іок (33)
(база тоғы кішкентай болғандықтан). Сондықтан RЭ - резисторына түсетін кернеу URэ өседі. Осыған байланысты Uоб - кернеуі абсолют жағынан кішірейіп, базадағы кернеу бұрынғыға қарағанда оң мәнді болады да (І) формуланы қара), база тоғы кішірейіп, Іок = β Іоб өрнегіне сәйкес коллектор тоғы да кішірейеді.
8.2 Сурет – Күшейткіштердің шығыс сипаттамалары
Сөйтіп, коллектор тоғының қандай-да болмасын себептен өсуі (температура әсерінен, ток көзінің өзгеруінен және т.б.) теріс кері байланыстың арқасында теңгеріліп, бұрынғы қалпына келеді , яғни жұмыс нүктесі өзінің орнына оралады.
Бұл схемадан сирегірек түрде коллекторлық тұрақтандыру схемасы қолданылады. Мұнда жұмыс нүктесі орнының тұрақтандырылуы кернеу бойынша параллель теріс кері байланыс арқылы іске асырылады (1,б Сурет). Теріс кері байланыс (ТКБ) резисторына Rкб қоректену көзінің көрнеуі Еқ мен Rк резисторына түскен кернеудің айырымы түсіп тұр. Қандай да болмасын себептен тыныштық коллектор тоғы Іок өссе, онда ІокRк түсу көрнеуі өседі де, Rкб - резисторына түсетін кернеу URок азаяды, сондықтан база тоғы кеміп, ол коллектор тоғының азаюына келтіреді. Сөйтіп, кері процесс жүреді, яғни коллектор тоғының қандай да бір себептен ұлғаюы болмайды. Коллекторлық тұрақтандыру Rк - резисторында кернеу түсуі үлкен болғанда, тоқ беру коэффициенті β көп өзгермегенде ғана айтарлықтай нәтиже береді.
Көп жағдайларда каскадтарда тек температуралық тұрақтандырылу қолданылады, оның көп схемалық түрлері бар. Мысалы, тек жартылай өткізгіш диодтың көмегімен температуралық тұрақтандыруды орындайтын схеманы қарастырайық (8.3 – сурет). Бұл схемада температура өскенде кедергісі азаятын, ал температура төмендегенде кедергісі ұлғаятын жартылай өткізгіш диод, тыныштық тоғының тұрақтылығын, ығысу кернеуін (Uоб – кернеуін) керекті жағына қарай автоматты түрде өзгертіп сақтап тұрады.
8.3 –Сурет Диодтық температуралық теңгеру схемасы
Дегенмен, жартылай өткізгіш аспаптар көрсеткіштерінің үлкен шашыралуынан жұмыс нүктесін теңгеруін (яғни жұмыс нүктесінің температураға байланысты өзгеруін болдырмау) орындау үшін диод пен транзисторды біріне-бірін температура бойынша сәйкестендіріп, таңдап алынуы керек. Бұл осы схеманың кемшілігі болып табылады.
9 Күшейткіштер туралы түсінік. Операциялық күшейткіш
Операциялық күшейткіш (ОК) – бұл дифференциалдық кірмесі бар модульдік көп каскадты күшейткіш, өзінің сипаттамасы бойынша ойдағы “идеалды күшейткішке” жуығырақ күшейткіш.
9.1–Сурет Күшейткіштің құрылымдық схемасы.
Күшейткіш каскадтың жалпылама структуралық схемасы 9.1 Суретте көрсетілген. Күшейткіштің кірісіне (1-2 қысқыштар) электр қозғаушы күшінің (ЭҚК) әрекеттестік мәні er , ішкі кедергісі Rr кіру сигналының көзі қосылған. Кішкене қуатты кіру сигналы жоғарғы дәрежедегі қуаты бар қоректену көзінің энергиясының шығынын басқарады. Демек, басқарушы элементті (мысалы транзисторды) және өте қуатты қоректену көзін пайдалана отырып, кіріс сигналдың қуатын күшейтуге мүмкіндік бар.
Күшейткіштің шығыс тізбегінде күшейтілген сигнал әрекет етеді, ол схемада шығыс кедергісі Rшығ бар KUкір кернеу көзімен анықталған. Күшейтілген сигналдың энергиясын пайдаланатын сыртқы жүктеме Rж күшейткіштің шығысына қосылған (3-4 қысқыштар).
Күшейтілген сигналдардың түріне қарай күшейткіштерді екі топқа бөлуге болады.
1) Гармоникалық сигналдардың күшейткіштері әртүрлі шамадағы және формадағы гармоникалық және квазигармоникалық (гармоникалық деп есептеуге болатын), яғни периодтық сигналдарды күшейтуге арналған : Мұндай күшейткіштерге: микрофондық, трансляциялық және магнитофондық күшейткіштер, күй табақтарын ойнату күшейткіштері, көптеген өлшегіш күшейткіштер және т.б. жатады.
2) Импульстік сигналдардың күшейткіштері әртүрлі шамадағы және формадағы периодтық және периодтық емес сигналдарды күшейтуге арналған. Импульстік күшейткіштерге: байланыс жүйелерінің импульстік күшейткіштері, теледидар бейнелеу сигналдарының, импульстық радиолокациялық құрылғылардың, электрондық есептеу техникасы тетіктерінің, реттеу және басқару жүйелерінің күшейткіштері жатады.
Күшейтілетін жиіліктерінің абсолюттік мәндеріне және жиілік жолағының ұзындығына (диапозонына) байланысты күшейткіштер мынандай түрлерге бөлінеді :
Тұрақты ток күшейткіштері (ТТК) – төменгі жиілігі fT =0 –ден жоғарғы жиілігі fЖ =20кГц –ке дейінгі жиілік жолағындағы электрлік сигналдарды күшейтуге арналған.
|
Скачать 89.06 Kb.