АНАЛОГТЫ ҚҰРЫЛҒЫЛАРДАҒЫ ЭЛЕКРОНИКА МЕН СҰЛБАТЕХНИКА

В.А. Корнев, К.А.Елеусизова

5В071900 «Радиотехника, электроника мен телекоммуникациялар» мамандығының студеттеріне арналған дәрістер курсы

Өскемен

УДК 621.38(075.8)

Корнев В.А.Электроника: 050702 «Автоматтандыру және басқару» мамандығының студенттеріне «Электроника» пәнінен дәрістер курсы. /Корнев В.А., Қабланбеков Б.М., Байтемирова Г.Ж./ШҚМТУ.-Өскемен, 2010-54с

«Электроника» пәнінен дәрістер курсында электронды құрылғыларды жобалауының қысқа теориялық негізі баяндалған, электронды құрылғылардың сұлбалы есептеуінің нұсқалары және оларды есептеудің әдістері берілген.

© Д.Серікбаев атындағы Шығыс

Қазақстан мемлекеттік

техникалық университеті,

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ

Қазіргі кезде электроника адам өмірі мен басқару жүйелерінің барлық түрлерінде қолданылады. Алғашқы ақпараттық басқару электрлі белгілер, датчиктер, фильтрация, құбылу үрдістерінде байқалады. Датчиктер шығаратын белгілер төмен электрлі сатыда жүретіндіктен оларды қайта күшейту жүргізіледі. Күшейткіш дегеніміз қоректену көзінен келетін энергия ағынын басқарушы электронды құрылғы. Күшейткіш функционалды міндеттері бойынша түрлі типтерге бөлінеді. Табиғаты бойынша күшейткіш белгілер тұрақты ток күшейткіштері, ауыспалы ток күшейткіштері, импульсті белгілер күшейткіші болып бөлінеді. Жиілігі бойынша төмен жиілікті (ЖТЖ) он герцтен fн жүз килогерцке fв дейін, кең сызықтылар жүз килогерцтен он Мегагерцке дейін.

ЖТЖ шартын қолдану кезінде температураның өзгеру диапазонын ескеру керек, онда күшейткіш өзінің жұмысқа қабілеттілігін толығымен сақтау керек, механикалық әрекеттердің түрлері мен энергетикалық және салмақтылық көрсеткіштерін орындауы керек. Шарттың негізгі орындалуы күшейткіштегі күшейтілетін сигналдың көрсеткішін көтеру, оған қысым бойынша көтеру жатады (ток, қуат). Күшейткіштің шығудағы үлкен мөлшердегі сызықты емес қажалуы транзистордың вольтамперлі сипаттамасын береді. Техникалық шамалары бойынша датчиктер үлкен спектрге ие болғандықтан, күшейткіштің каскадына шығу кедергіден үлкен сұраныс туындатады.

Белгіні күшейту талаптардың қалыптасуына байланысты бірнеше кезеңдер арқылы іске асырылады: алдын-ала күшейту (төменгі қуатты күшейткіш), аралық күшейту (орта қуатты күшейткіш) және қуатты соңғы күшейту. Берілген курстық жобада төменгі жиілікті аз қуатты күшейткішті жобалау тапсырмасы шешіледі. Күшейткіштің электронды сұлбаларын жобалағанда компоненттер таңдау мен қалыптастыруды келесі жолдармен орындаған дұрыс, берілген сипаттама бойынша құрылғының максиамалды тиімділігін қамтамасыз ететін шамалар және де энергия шығыны тарапынан тиімді болуы керек.

«Электроника» пәні «Автоматтандыру және басқару » мамандығының күндізгі және сырттай оқу түрінің 2 курс студенттеріне оқытылады және электронды техниканың қазіргі заманғы элементтерінің негізгі типтерімен студенттерді таныстыруды талапқа қояды, студенттер жартылай өткізгішті приборларды, олардың ерекшеліктерін, сипаттамаларын, қосылу сұлбаларын және электронды құрылғылардың электрлік тізбектеріндегі үдерістерін меңгереді. Сонымен қатар, микроэлектрониканың негізі түсініктерімен, дайындау ерекшеліктерімен және интегралды микросұлбалардың пассивті және белсенді элементтерінің шамаларымен танысу болады. Және сондай-ақ аналогты және сандық электрониканың базалық құрылғылары оқытылады.

1 МАТЕРИАЛДАРДЫҢ ЭЛЕКТРӨТКІЗГІШТІГІ

Электрөткізгіштік – материалдардың электр тогын өткізу қасиетін сипаттайды. Сандық шамасы жағынан ол: 1 – заттың меншікті өткізгіштігімен; 2 – еркін заряд тасымалдаушылар концентрациясымен (n) бағаланады. Материалдарды электртогын өткізу қабілетіне қарай үш топқа бөлуге болады:

- диэлектриктер (n≈10¹² эл/см³);

^- жартылайөткізгіштер (10¹²<n<10¹⁶ эл/см³);

- өткізгіштер (n≈10¹⁹ эл/см³).

Диэлектриктер электр тогын мүлдем өткізбейді деп айтуға болады. Өткізгіштер электр тогын жақсы өткізеді. Жартылайөткізгіштер өткізгіштігі жағынан осылардың ортасында болады. Жартылайөткізгіштің құрылымы алмаздың кристаллдық торына ұқсайды. Атомдарының арасында коваленттік байланыс болғандықтан жартылайөткізгіштердің құрылымы қатты болады. Жартылайөткізгіштердің маңызды қасиетті – оның электр өткізгіштігінің қоршаған орта температурасына, жарық ағынына (Ф), қоспалар концентрациясына, иондаушы сәулеленуге және т.б. өте сезімталдығында. Жартылайөткізгіштік приборлар жасау үшін мынадай материалдар пайдаланылады:

1) 4 валентті топ (Ge (германий), Si (кремний), AsGa (галий арсениді));

2) 3 валентті топ (Al (алюминий), B (бор), In (индий));

3) 5 валентті топ (P (фосфор), As (мышьяк), Sb (сурьма)).

Барлық жартылайөткізгіштерді екі топқа бөлуге болады:

1) Таза (меншікті, қоспасыз) немесе і-типты жартылайөткізгіштер (бір элемент атомдарынан тұратын заттар).

2) Қоспалы жартылайөткізгіштер.

Жартылайөткізгіш атомы көршілес атом электронымен біріге отырып (коваленттік байланыс) кристаллдық тор құрап, кеңістікте қатаң бір тәртіппен орналасады (1 сурет).

1 Сурет – 4 валентті жартылайөткізгіштің жазық графикалық моделі [6]

Таза жартылайөткізгіште абсолюттік ноль температурада (Кельвин бойынша Т=0 болғанда) барлық электрондар коваленттік байланыс құрауға жұмсалады да, еркін электрондар болмайды, яғни, жартылайөткізгіш диэлектрикке айналады. Температура жоғарылаған сайын электрондардың кейбірі қосымша энергияға ие болып, өздерінің коваленттік байланыстарын бұзып еркін электронға айналады. Нәтижесінде екі еркін заряд тасымалдаушы пайда болады: еркін электрон (теріс заряд) және оның орны кемтік (орын босату). Кемтік сан шамасы жағынан электрондікіне тең таңбасы оң зарядқа ие (2 сурет).

2 Сурет – Электрондық өткізгіштікті жартылайөткізгіш [6]

Сонымен, температура жоғарылағанда жартылайөткізгіште еркін заряд тасымалдаушылар пайда болады және таза жартылайөткізгіштерде еркін электрондар мен кемтіктердің концентрациясы тең болады: n_i=p_i. Еркін электрон мен кемтіктің пайда болу үрдісін электрон-кемтік жұбының генерациясы дейді. Электрон кристаллдық тор көлемінде қозғалыс барысында кемтіктің орнын басуы мүмкін. Бұл кезде электрон және кемтік өзара жойылады, мұны электрон-кемтік жұбының рекомбинациясы деп атайды.

Таза жартылайөткізгіштер сирек қолданыс тапқан. Олардың өткізгіштігі температураға өте сезімтал болғандықтан, олар термодатчиктер жасауға қолданылады. Басқарылатын жартылайөткізгіштік приборлар жасау үшін қоспалы жартылайөткізгіштер қолданылады. Жартылайөткізгішке арнайы қоспа енгізу легирлеу, ал қоспалы жартылайөткізгіш легирленген деп аталады. Енгізілген қоспаның сипатына қарай екі типті жартылайөткізгіш алуға болады: n – типті (электрондық) және р – типті (кемтіктік).

n – типті жартылайөткізгіш алу үшін 4 валентті жартылайөткізгішке 5 валентті атомдарды қоспа ретінде енгізеді. Қоспаның әрбір атомы жартылайөткізгішке бір еркін электрон туғызады (2 сурет). Мұндай қоспа донорлық қоспа деп аталады. Жартылайөткізгіште электрондар негізгі, ал кемтіктер негізгі емес заряд тасымалдаушылар болып табылады.

р – типті жартылайөткізгіш алу үшін 4 валентті жартылайөткізгішке 5 валентті атомдарды қоспа ретінде енгізеді. Қоспаның әрбір атомы жартылайөткізгіштің негізгі атомдарының көршілес тұрған атомдарының бірінің электронын тартып алады, нәтижесінде бір кемтік пайда болады. Мұндай қоспа акцепторлық деп аталады.

Акцепторлы байланысты кристаллдық тордың жазық моделі 3 суретте келтірілген.

3 Сурет - Акцепторлы байланысты кристаллдық тордың жазық моделі [6]

Жартылайөткізгішті приборлар жасау үшін әдетте қоспалы жартылайөткізгіштер қолданылады. Өйткені олардың өткізгіштігі негізінен ондағы қоспалардың концентрациясына тәуелді болады да, температура, жарықталу және басқа да сыртқы факторларға тәуелділігі төмен болады [3.4].