Биполярлы транзисторлар туралы реферат

Тақырыбы: Биполярлы транзисторлар

Биполярлы транзисторлар

Екі p-n өтпеден тұртын, яғни p-n-р немесе n-p-n құрылымды үш шықпасы бар шала өткізгішті аспапты транзистор деп атайды. Транзисторлар электронианың ең кең тараған элементі. Олар кернеу, ток немесе қуат күшейткіштерінде, логикалық т.б. құрылғыларда қолданылады. Транзисторларды электронды немесе кемтікті электр өткізгіштікті германий мен силицийден жасайды. Электр өткізгіштігі электронды және кемтікті заряд тасымалдаушылармен түзілетіндіктен мұндай транзисторларды биполярлы деп атаған. Әдетте транзисторларды жұмыс жасай алатын жиіліктері аралығына және қуатына қарай әртүрлі топтарға бөледі: төменгі және жоғарғы жиілікті, әлсіз немесе қуатты т.с.с деп.

Транзисторда екі p-n өтпенің біреуіне кернеу тура бағытта, ал екіншісіне  кері бағытта беріледі (1-сурет). Ортаңғы қабат (ортаңғы шала өткізгіш) база деп аталады. Өткізгіштігі берілген кернеудің полярлығымен сәйкес келетін (р-түрлі шала өткізгіш кернеу көзінің полюсімен, ал n-түрлі шала өткізгіш минусымен қосылған) сыртқы қабат эмиттер деп, ал өткізгіштігі кернеу көзінің полярлығына сәйкес келмейтін (n-қабат плюспен, ал p-қабат минуспен қосылған) сыртқы қабат коллектор деп аталады.

1-сурет. Транзисторлардың сұлбалық құрылысы және графикалық шартты белгілері: а) p-n-p; б) n-p-n

Осы себепті эмиттер-база өтпесі әр уақытта да ашық, яғни кедергісі өте аз болады, ал коллектор-база өтпесі жабық, яғни кедергісі өте үлкен болады. Сондықтан эмиттер-база өтпесінің кернеуі аз да, ал коллектор-база өтпесінің кернеуі үлкен болады.

Транзистордың екі өтпесіне екі кернеу берілгендіктен және ол көбіне әлсіз сигналдарды күшейту үшін қолданылатындықтан оның кірмелік және шықпалық қысқыштары болуы керек. Транзистордың үш шықпасының бірі әдетте кірмелік және шықпалық тізбектері үшін ортақ болады. Осы себепті транзистордың үш түрлі жалғану сұлбасы болады (1-сурет): базасы ортақ, эмиттері ортақ және коллкторы ортақ.

Транзистордың жалғану сұлбасының түрі оның атқаратын қызметіне және параметрлеріне байланысты анықталады. Транзистордың кірмелік және шықпалық кедергілері, кернеуді, токты және қуатты күшейту коэффициенттері оның негізгі параметрлері болып есептелінеді. Транзистордың әр түрлі сұлбадағы параметрлері 1-кестеде келтірілген.

1-сурет. p-n-p құрылымды транзистордың жалғану сұлбасы:

а – базасы ортақ; б – эмиттері ортақ; в – коллекторы ортақ.

1-кесте

Әртүрлі жалғанған транзистордың парметрлері

Кестеден көрініп тұрғандай, эмиттері ортақ жалғанған транзистордың параметрлері басқа жалғану сұлбаларындағы параметрлеріне қарағанда жақсырақ. Сондықтан транзистордың эмиттері ортақ жалғану сұлбасы көбірек қолданылады.

Базаның тогының эмиттер-база өтпесінің кернеуінен тәуелділігі, яғни  кірмелік немесе базалық сипаттама деп аталады. Бірақ базаның тогы коллектордың кернеуіне де байланысты өзгеретіндіктен кірмелік сипаттаманы түсіргенде коллектордың кернеуі тұрақты болып қалуы керек (U_к=const).

Коллектордың кернеуі тұрақты болғанда базаның кернеуінің өсуі эмиттер-база өтпесінің кедергісін азайтады да базаға келетін электрондар мен олардың кемтіктерімен рекомбинациясын көбейтеді, яғни базаның тогын арттырады.коллектордың кернеуінің көбеюі коллектор-база өтпесіне керісінше әсер етеді: өтпенің кедергісін көбейтеді және рекомбинация санын азайтады.

Коллектордың тогының коллектор-эмиттер өтпесінің кернеуінен тәуелділігі, яғни шықпалық немесе коллекторлық сипаттама деп аталады. Бірақ коллектордың тогы базаның тогына да байланысты өзгеретіндіктен шықпалық сипаттаманы түсіргенде базаның тогы тұрақты болып қалуы керек (I_б=const).

Коллектордың кернеуі өскен сайын оның электр өрісінің әсерінен оған келіп жететін электрондардың да саны көбейеді, яғни коллектордың тогы да өседі. Ал базаның тогының көбеюі рекомбинацияланатын электрондардың санын көбейтеді, сондықтан эмиттер мен коллектордың тогы да көбейеді. Коллектордың кернеуі одан әрі өскенде коллекторға келіп жететін электрондар түгелдей дерлік әкетіліп отырады, бірақ эмиттерде пайда болатын электрондар саны одан әрі көбеймейді. Сондықтан коллектордың кернеуі әжептәуір өссе де коллектордың тогы өте аз өседі, яғни қанығу үрдісі басталады.

Транзисторда эмиттер-база және коллектор-база өтпелерінің сыйымдылығы болатындықтан жоғары жиіліктерде электрондар эмиттерден коллекторға өтіп үлгере алмайды. Ендеше жиіліктің өуі коллектордың тогының азаюына әкеліп соғады. Ал температура өскен кезде негізгі емес заряд тасымалдаушылардың саны көбейеді де коллектордың бастапқы тогы артады. Сондықтан транзисторларды олардың құжатында көрсетілген жиілік пен температураның мәндерінде ғана пайдалану керек.

Жұмыс істеу режимдері.

 Биполярлы транзистордың әрбір ауысуынтура не кері бағытқа қосуға болады. Осыған байланысты транзистордың келесідей төрт режимі болады:

Қалыпты немесе белсенді режим – эмиттерлі ауысуға тура кернеу, ал коллекторлы ауысуға кері кернеу беріледі. Дәл осы режимге эмиттер тогын өткізу коэффициентінің максималды мәніне тең. Сонымен қатар, бұл жағдайда күшейтілетін сигнал минималды түрде бұрмаланады. Белсенді режимде р-п ауысулардың біреуі ашық, екіншісі жабық болады. Қиылу (жабық) режимде және қанығу режимінде транзистор басқарылмайды. Белсенді режимде басқару тиімді жүргізіледі және де транзистор электрлік сұлбаның белсенді элемент функциясын атқарады.

Инверсті режим – коллекторлы ауысуға тура кернеу, ал эмиттерлі ауысуға кері кернеу беріледі. Биполярлы транзистордың нақты құрылымын ескерсек, инверсті режимде қалыпты режиммен салыстырғанда (сондай-ақ транзисторлық құрылымды әзірлеу кезінде эмиттерлі қабатқа қарағанда коллекторлы қабат аздау жаратылғанын ескерсек) эмиттерлі тоқты өткізу коэффициенті айтарлықтай азаяды, сондықтан іс жүзінде өте сирек қолданылады.

Екі еселенген инжекция немесе қанығу режимі – екі ауысуға да тура кернеу беріледі. Қанығу режимінде екі ауысу да ашық. Бұл жағдайда шығыс тогы кіріс тогына тәуелді емес, ол тек жүктеме параметрлерімен ғана анқталады. Коллекторлық және эмиттерлік шықпаларының арасындағы кернеудің аз болу себебінен қанығу режимін сигнал тасымалдау тізбегін тұйықтау мақсатында қолданылады.

Қиылу (жабық) режим – екі ауысуларға бірдей кернеу қойылған. Бұл режимде транзистордың шығыс тогы нолге тең болғандықтан, оны сигнал тасымалдау тізбегін ашу үшін қолданады. Қиылу (жабық) режимде – р-п ауысулардың екеуі де жабық және де транзистор арқылы салыстырмалы түрде өте аз ток жүреді.

Өрістік транзисторлар

Күшейткіштік каскадтарда биполярлы транзисторлар кірер сигналды әлсіретеді, өйткені каскадтың кірмелік тізбегінде кірер сигналдың қуаты шығындалады. Сондықтан өте әлсіз сигналдарды күшейту үшін одан қуат қабылдамайды дерлік өрістік транзисторлар қолданылады.

Өрістік транзисторлар деп арнадағы тогы жаптырық пен құйылмаға берілген кернеудің электр өрісі арқылы басқарылатын шала өткізгішті аспапты айтады. Өрістік транзистор – униполярлы транзистор деп те аталады, өйткені оның жұмысы тек қана тасымалдағыштарды қолдануға ғана негізделген.

Кедергісі жаптырықтың потенциалына байланысты өзгеріп отыратын аймақты арна деп атайды. Арнаға негізгі заряд тасымалдаушыларды беретін (тарататын) электрод құйылма деп аталады. Арнадан негізгі электр тасымалдаушыларды әкетіп отыратын электрод ағызба деп аталады. Арнаның электр өткізгіш қимасын реттеуге арналған электрод жаптырық деп аталады.

Өрістік транзисторлар негізінен силицийден жасалады және арнадағы шала өткізгіштің түріне қарай n-түрлі немесе р-түрлі болып бөлінеді. n-түрлі транзистордың арнасында негізгі заряд тасымалдаушылар электрондар болып табылады. Олар құйылмадан басталып ағызбаға жетіп, ағызбалық токты (І_а) құрайды.

Жаптырық пен құйылмаға берілетін кернеу р-n өтпесіне кері бағытта болуы крек. Бұлайша жалғау арна мен жаптырық арасындағы екі өтпенің кедергісін, кернеуді реттей отырып, өзгертуге мүмкіндік береді. Осы себепті арнасы n-түрлі транзистордың ағызба мен құйылма арасындағы кернеуі оң болуы керек, яғни U_ақ>0, ал жаптырық пен құйылманың арасындағы кернеуі теріс болуы керек, яғни U_жқ<0. p-түрлі транзисторда негізгі заряд тасымалдаушылар кемтіктер болатындықтан, олар керісінше ағызбадан құйылмаға қарай қозғалысқа келеді. Сондықтан р-арналы транзисторда U_ақ<0 де, ал U_жқ>0 болуы керек.

n-арналы транзисторда жаптырық пен арнаға кері кернеу бергенде, яғни жаптырықты кернеу көзінің теріс полюсімен, ал арнаны оң полюсімен қосқанда, р-n өтпесінің бөгеттік қабатының ені ұлғаяды. Бұл арнаның өткізгіштік аймағының жіңішкеруіне (тарылуына) әкеліп соғады. Ағызбаның потенциалы құйылманың потенциалынан жоғары болатындықтан арнадағы өткізгіштік аймақтың ені құйылмадан ағызбаға қарай жіңішкерек береді. Ағызба мен жаптырықтың кернеулерінің белгілі бір мәндерінде екі өтпенің бөгеттік қабаттары ағызбаның тұсында бір-бірімен қабысып, өткізгіштік аймақ түгелдей бөгеттік аймаққа айналады.

Бұл кезде арнаның кедергісі өте көбейіп кететіндіктен оның «жабылып» та қалуы мүмкін.

Ағызбаның тогының (І_а) оның кернеуінен (U_ақ) тәуелділігін (жаптырықтың кернеуі тұрақты, яғни U_жқ=const) өрістік транзистордың шықпалық немесе ағызбалық сипаттамасы деп атайды. Ағызбаның кернеуінің өсуі бастапқыда оның тогының өсуін тудырады. Бірақ кернеудің өсуі арнаның кедергісін де арттырғандықтан кейін токтың өсуі тоқтап қалады, яғни қанығу үрдісі басталады. Кернеудің одан әрі өсуі р-n өтпесінің тесілуіне әкеліп соғады да ток күрт өсе бастайды.

өрістік транзистордың кірмелік сипаттамасы тұрғызылмайды, өйткені жаптырық пен арнаның арасындағы өтпе жабық болатындықтан жаптырықтың тогы өте аз болады (10^-8…10^-9 А шамасында). Сонықтан ол көбіне ескерілмйді.

Жаптырығы р-n түрлі шала өткізгіштігі өрістік транзисторлардың негізгі параметрлері: қанығу кезіндегіағызбаның дифференциалдық кедергісі (R_а= 0,1…0,5 МОм); ағызба мен құйылма және жаптырық пен құйылма арасындағы кернеулердің рауалы максимал мәндері (5…30 В); ағызбаның рауалы максимал тогы (І_аmax=10…50 мА).

Өрістік транзисторлар негізінен төменгі жиілікті кірмелік кедергілері жоғары күшейткіштерде және логикалық тізбектерде қолданылады.