Тақырып: Биполярлы транзисторлар

Қарастырылатын сұрақтар:

1. Транзистордың құрылымы.

2. Транзистордың жұмыс істеу принципі.

3. Транзистордың һ-параметрлері.

Дәрістің қысқаша жазбасы:

Екі р-n өтпеден тұратын, яғни р-n-р немесе n-р-n құрылымды үш шықпасы бар жартылай өткізгішті нәрсені транзистор деп атайды. Транзисторлар электрониканың ең көп 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 жиіліктер аралығына және қуатына қарай әр түрлі топтарға бөледі: теменгі немесе жоғарғы жиілікті, әлсіз немесе қуатты т. с. с. деп.

Транзисторда екі р-n өтпенің біріне кернеу тура бағытта, ал екіншісіне кері бағытта беріледі (3.1-сурет). Ортаңғы қабат (ортаңғы жартылай өткізгіш) база деп аталады. Өткізгіштігі берілген кернеудің полярлығымен сәйкес келетін (р-түрлі жартылай өткізгіш кернеу көзінің плюсімен, ал n-түрлі жартылай өткізгіш минусымен қосылған) сыртқы қабат эмиттер деп, ал өткізгіштігі кернеу көзінің полярлығына сәйкес келмейтін (р-қабат минуспен, n-қабат плюспен қосылған) сыртқы қабат коллектор деп аталады. Осы себепті эмиттер-база өтпесі әр уақытта да ашық, яғни кедергісі өте аз, 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 түрлі кернеу берілетіндіктен 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 (3.2-сурет): базасы ортақ, эмиттері ортақ және коллекторы ортақ.

3.1-сурет. Транзистордың сұлбалық құрылысы және графикалық шартты белгілері: р-n-р (а); n-р-n (б).

3.2-сурет. р-n-р құрылымды транзистордың жалғану сұлбалары: базасы ортақ (а); эмиттері ортақ (б); коллекторы ортақ (в).

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 есептеледі. Транзистордың әр түрлі сұлбадағы салыстырмалы параметрлері 3.1-кестеде келтірілген.

Кестеден көрініп тұрғандай, эмиттері ортақ жалғанған транзистордың параметрлері басқа жалғану сұлбаларындағы параметрлеріне қарағанда жақсырақ. Сондықтан транзистордың эмиттері ортақ жалғану сұлбасы көбірек қолданылады. Енді транзистордың осы сұлбадағы әрекет ету парқын қарастыралық.

n-р-nқұрылымды транзистордың эмиттер-база өтпесіне тура кернеу бергенде (3.3-сурет), U_бэ кернеу көзі тудырған электр өрісінің әсерінен электрондар эмиттерден базаға қарай, ал кемтіктер базадан эмиттерге қарай қозғалысқа келеді. База акцепторлық қоспасы аз жартылай өткізгіштен жасалатындықтан, электрондардың азғана бөлігі кемтіктермен рекомбинацияға түсіп базаның тогын (І_б)құрайды. Қалған негізгі бөлігі, электрондардың диффузиялық еркін жүгіріп өту аралығының ұзындығы базаның енінен артық болатындықтан коллектор-база өтпесіне жетеді. Бұл жерде олар U_кэ кернеуі тудыратын электр өрісінің әсерінен одан әрі қозғалып коллектордың тогын (І_к)түзеді. Егер эмиттер-база өтпесіне берілетін кернеуді көбейтсе, онда өтпенің кедергісі азаяды да коллекторға жететін электрондардың саны көбейеді, яғни коллектордың тогы артады. Ендеше эмиттер-база өтпесінің кернеуін өзгерте отырып (коллекторға қарағанда базаның потенциалын өзгерте отырып), коллектордың тогын азайтуға не көбейтуге болады, яғни коллектордың тогын реттеп отыруға болады.

3.1-кесте. Әр турлі жалғанғантранзистродың параметрлері

3.3-сурет. n-р-n құрылымды транзистордағы кернеулер мен токтар.

Сұлбадан көрініп тұрғандай, эмиттердің тогы база мен коллектордың токтарының қосындысына тең:

І_э=І_б+І_к, (3.1)

мұндағы І_э, І_б, І_к – сйкесті эмиттердің, базаның, коллектордың токтары.

Базаның тогы өте аз болатындықтан (эмиттер тогының 3...8%-дей ғана) І_э≈І_к.

Егер транзисторды төртұшты деп қарастырса, онда оның электірлік күійін кірмелік және шықпалық токтары мен кернеулері арқылы, яғни базаның тогы І_б мен кернеуі U_б және коллектордың тогы І_к мен кернеуі U_к арқылы сипаттауға болады. Осы төрт шаманың екеуін тәуелсіз деп есептесе, қалған екеуін жаңағы е,кі тәуелсіз шама арқылы өрнектеуге болады. Базаның тогының өсімшесі ΔІ_бмен коллектордың кернеуінің өсімшесін ΔU_ктәуелсіз шамалар деп алалық. Онда төртұштының теңдеулері бойынша базаның кернеуінің өсімшесі ΔU_б мен коллектордың тогының есімшесі Δ І_к үшін мына теңдіктерді жазуға болады:

ΔU_б=һ₁₁ΔІ_б+һ₁₂ΔU_к (3.2)

ΔІ_к=һ₂₁ΔІ_б+һ₂₂ΔU_к (3.3)

Бұл теңдіктердегі һ₁₁, һ₁₂. һ₂₁, һ₂₂ коэффициенттері транзистордың һ-параметрлері деп аталады.

Егер коллектордың кернеуінің өсімшесін нөлге тең деп алса (ΔU_к=0), яғни коллектордың кернеуі тұрақты болса (ΔU_к=соnst), онда (3.2) теңдігінен һ₁₁ параметрінің транзистордың кірмелік кедергісі (кірер ұштары арқылы өлшенген) екені анықталады:

, (3.4)

ал базаның тогының өсімшесін нөлге тең деп алса (ΔІ_б=0), яғни базаның тогы тұрақты болса (І_б=соnst), онда һ₁₁параметрі

(3.5)

h₁₂ параметрі транзистордың кірмелік кернеуінің өсімшесінің оның шықпалық кернеуінің өсімшесіне қатынасын көрсететіндіктен, оны кері байланыс коэффициенті деп атайды. Бұл параметр кірмелік кернеудің өзгерісіне шықпалық кернеудің қаншалықты өзгерісі сәйкес келетінін көрсететін салыстырмалы шама.

Транзистордың шықпалық кернеуінің өсімшесінің кірмелік кернеуінің өсімшесіне қатынасын кернеудің беріліс коэффициенті деп атайды:

. (3.6)

Ендеше транзистордың һ₁₂ параметрі кернеудің беріліс коэффициентіне кері шама:

. (3.7)

Транзистордың шықпалық тогының өсімшесінің ΔI_к кірмелік тогының өсімшесіне ΔІ_б қатынасын токтың беріліс коэффициенті (β) деп атайды:

. (3.8)

Биполяр транзисторларда токтың беріліс коэффициенті шамамен 50...100 аралығында жатады.

Егер коллектордың кернеуінің өсімшесін нөлге тең деп алса (ΔU_к=0) яғни коллектордың кернеуі тұрақты болса (U_к=соnst), онда (3.3) теңдігінен һ₂₁ параметрінің токтың беріліс коэффициенті екенін көруге болады:

, (3.9)

ал базаның тогының өсімшесін нөлге тең деп алса (ΔI_б=0), яғни базаның тогы тұрақты болса (I_б=соnst), онда һ₂₂ параметрі

(3.10)

транзистордың шықпалық кедергісінің (R_ш— шықпалық ұштары арқылы өлшенген) кері шамасына тең, яғни һ₂₂параметрі транзистордың шықпалық өткізгіштігі болып табылады.

Транзистордың h-параметрлері оның кірмелік және шықпалық сипаттамаларынан аныкталады.

Бақылау сұрақтары:

1. Транзистор дегеніміз не және қайда қолданылады?

2.р-n-р транзисторының n-р-n транзисторынан айырмашылығы неде?

3.Тразистордың h-параметрлері қалай анықталады?

4. Тразистордың қандай параметрлері бар?

5. Транзистордың жалғану сұлбасының түрлері қандай?