ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ 

Комерциялық емес акционерлік қоғам

Алматы энергетика және байланыс институты 

 

 

Ж.Қ. Әміров

 

ЭЛЕКТРОНИКА  НЕГІЗДЕРІ

Оқу құралы

  

 

Алматы 2010

 

Бірінші тарау

Жартылай өткізгіш аспаптар

1.1 Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі

 

Электр өткізгіштік бойынша жартылай өткізгіштер металлдар және диэлектриктердің арасында жатады.

Атомның электрондары белгілі энергия мәндеріне ие болады немесе белгілі (рұқсат етілген) энергетикалық деңгейлерде орналасады (1.1 сурет). Оқшауланған атомда энергетикалық деңгейлердің шекті саны бар, әрбір деңгей екі электрондардан артық болмайды.

1.1 сурет – Оқшауланған атомның энергетикалық диаграммасы

 

Төменгі деңгейлердегі электрондар атоммен қатты байланысқан. Электрон орналасқан деңгейдің энергиясы үлкейген сайын байланыс әлсірейді. Электрондардың энергияларын үлкейтетін сыртқы әсерлер жоқ кезде, атом қоздырылмаған жайда болады. Бұл жағдайда барлық төменгі энергетикалық деңгейлер электрондармен толтырылған, ал жоғары деңгейлер бос. Сыртқы әсерлер бар кезде (фотондар, электр немесе магнит өріс) атомның электрондары қосымша энергияға ие болады да жоғары энергетикалық деңгейге өтеді (атом қоздырылады) немесе атомнан босанып, еркін электрон болады (атомның иондануы). Сыртқы әсерге жоғары энергетикалық деңгейдегі электрондар ұшырайды.

Жақын орналасқан біртекті атомдардың тобының энергетикалық диаграммасы, оқшауланған атомға қарай, өзгереді (1.2 сурет).

1.2 сурет – Жақын орналасқан атом тобының диаграммасы.

 

Атомдардың бір-бірімен өзара әрекет себебімен көршілес атомдардың электрондарының рұқсат етілген энергия деңгейлері ығысып жақын орналасқан ығысқан энергия деңгейлерін құрады. Сонымен, рұқсат етілген энергия деңгейлерінің аймағы құрылады, ортасында рұқсат етілмеген аймақтар құрылады.

Қоспасы жоқ (таза) жартылай өткізгіштегі заряд тасушылар

Металлдарда (1.3, а) - сурет) энергетикалық диаграмма рұқсат етілген энергия мәндердің үздіксіз спектрі болады, ал жартылай өткізгіштерде және диэлектрлерде – үздікті (1.3 б),в) - сурет).

     а)                                            б)                                             в)

1.3 сурет – Металлдың (а), жартылай өткізгіштік (б), диэлектриктің (в) энергетикалық диаграммалары

 

Жартылай өткізгіштерде және диэлектрлерде энергияның рұқсат етілген мәндерінің аймақтары энергияның рұқсат етілмеген аймағымен (р.е.) бөлінген. Энергетикалық диаграммаларда энергияның рұқсат етілген, екі тән аймақтары бар: төменгі (толтырылған) немесе валенттік аймақты және жоғарғы (еркін) немесе өткізгіштік аймақты. Электрондарға сыртқы әсер жоқ кезде (электр және магнит өрістер, жарықтың кванттарының сәулеленуі) және температура Т = 0 кезде төменгі аймақтың энергия теңгейлері электронмен толтырылған, жоғарғы аймақта электрондар жоқ.

Металлдарда өткізгіштік аймақ валенттік аймаққа тікелей қосылады (1.3, а–сурет). Валенттік аймақтағы электрондарға шамалы энергияны қосқанда олар өткізгіштік аймаққа өтеді. Сондықтан, тек электрөріс әсер еткен кезде металда атоммен байланыспаған көп еркін электрондар болады, ал олар жоғары электр өткізгіштікті қамтамасыз етеді.

Жартылай өткізгіштерде (1.3, б–сурет) еркін аймақ валенттік аймақтан _р.е. рұқсат етілмеген аймақпен бөлінген. _р.е. мөлшер (электрон-вольт) валенттік аймақтың жоғарғы энергетикалық деңгейдегі орналасқан электронға қандай энергияны беру керек, оны өткізгіштік аймақтың төменгі деңгейге көшіру үшін электрондардың рұқсат етілмеген аймақтан асып кету қабілеттілік сыртқы жағдайларға тәуелді. Әсіресе кристаллдың температурасының әсер етуі едәуір. Температура өскенде жылулық кванттардың (фотондардың) энергиялары үлкейеді және рұқсат етілмеген аймақтан өтуге жеткілікті энергияны алатын электрондардың саны көбейеді. Сол себептен, температура өскен сайын таза жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі өседі.

Кристалды денелердің рұқсат етілмеген аймақтың кеңдігі 3 эВ аспайды.

Диэлектриктердің рұқсат етілмеген аймағы 6 – 10 эВ дейін өседі (1.3, в  -сурет). Сол себептен, олардың өткізгіштігі шамалы және өткізгіштік температура  400-800 ⁰С немесе күшті электр өрістер кезде (тесілу) байқала бастайды.

Энергетикалық диаграммада рұқсат етілмеген аймақтардың болуы металдарға қарағанда жартылай өткізгіштерде заряд тасушылардың құруларының ерекшеліктерін қамтамасыз етеді. Жартылай өткізгіштік аспаптарды құру кезде ең кең қолданатын германий және кремний элементтердің бұл ерекшеліктерін қарап өтейік.

Германий және кремний элементтердің периодикалық жүйесінің IV тобына жатады. Олардың атомдарының сыртқы қабығында төрт валенттік электрон орналасқан. Германийдің рұқсат етілмеген аймақтың кеңдігі 0,72 эВ, кремнийдің – 1,12 эВ. Мысал ретінде германийді алайық. Оның кристалды торының үлгісі 1.4, а –сурет ретінде келтірілген.

                          а)                                                 б)

1.4 сурет – Жартылай өткізгіште еркін электрон және кемтік пайда болу (а) және оны энергетикалқ диаграммада көрсету (б)

 

Температура Т=0 К кезде әрбір атомның сыртқы қабығындағы төрт валентті электрон көрші атомдармен коваленттік байланысқа қатынасады. Әрбір екі электрон екі атомның құрамында болады және барлық төрт электрон көршілес атомдармен коваленттік байланыста болады, ол байланыс екі параллельді сызықпен көрсетілген (1.4, а –сурет).

Еркін электронның құрылуы атомдар арасындағы коваленттік байланыстың үзілуіне әкеледі және үзіліс орнында кемтік пайда болады. Коваленттік байланыста электронның жоқтығы оның орнында болымды заряд пайдалы болғандай сияқты.

Температура абсолюттік нөлден асқанда көпшілік электрондар валенттік аймақтан өткізгіштік аймаққа өтуі  мүмкін. Бұл жағдайда еркін аймақта электрондардың n_i шоғырлануы және оған тең кемтіктердің p_i шоғырлануы валенттік аймақта құрылады (i индекс қоспа жоқ жартылай өткізгішті көрсетеді, n_i және p_i жартылай өткізгіштегі заряд тасушылардың өздік шоғырлану деп аталады).

Заряд тасушылардың шоғырлануы кристалдың температурасына, рұқсат етілмеген аймақтың кеңдігіне тәуелді, яғни мына тәуелділікпен белгіленеді

                                n_i  = p_i =                                                  (1.1)

А – кристаллдың түріне тәуелді коэффициент;

К – Дж/К – Больцманның тұрақтысы;

Т – абсолюттік температура.

(1.1) көріністен шығады: жартылай өткізгіште заряд тасушылардың шоғырлануы және оның электр өткізгіштігі температура көтерілгенде өседі және рұқсат етілмеген аймақтың кеңдігі өскенде төмендейді.

Электрондар және кемтіктер жылжымалы бөліктер. Жартылай өткізгіште көлемі бар элемент болғанда бір уақытта екі процесс өтеді: заряд тасушылардың жылу генерациясы және электрондар өткізгіштік аймақтан валенттік аймақтың бос деңгейлеріне қайту арқылы электрондармен кемтіктердің жоғалуы (заряд тасушылардың рекомбинациясы). Сәйкесті шоғырлану динамикалық тепе-теңдіктен туады: жаңадан пайда болған заряд тасушылардың саны рекомбинацияланған заряд тасушылардың санына тең.

 

Қоспалы жартылай өткізгіштердегі заряд тасушылар

Қоспаны еңгізген кезде жартылай өткізгіште электронды немесе кемтікті электр өткізгіш күйінің артықшылығы болады және электр өткізгіштігі өседі. Бұған байланысты электронды (n-түрлі) және кемтікті (p-түрлі) жартылай өткізгіштерді айырады.

n-түрлі электр өткізгіштігі бар жартылай өткізгіште тек еркін электронды құратын қоспаны еңгізеді. Еңгізетін қоспа электрондарды жабдықтаушы болғандықтан оны донорлық деп атайды. Германиймен кремнийдің донорлық қоспа ретінде элементтердің периодикалық жүйенің V топтың элементтерін (сурьма, фосфор) қолданады. Олардың бес валентті электрондары бар.

Мұндай қоспаны енгізген кезде кристалды тордың бөлек түйіндерінде қоспаның атомдары негізгі жартылай өткізгіштің атомдарын алмастырады (1.5, а –сурет). Донорлық қоспаның әрбір атомдық төрт электроны негізгі заттың көршілес атомдарымен коваленттік байланысқа қатысады, ал бесінші электрон өзінің атомымен байланысы бәсеңдеу болады.

                  а)                                                           б)

1.5 сурет –n –түрлі жартылай өткізгіш кристалда еркін электрон пайда боуы (а) және бұл процессті энергетикалық диаграммада көрсету (б)

Шамалы энергияны берген кезде (мысалы, фононның энергиясын) артық электрон еркін болып қалады, ал қоспаның атомы болымды ионға айналады (қоспаның атомның ионизациялауы).

Егерде босаған электрондар қабаттың шектерінен кетпесе. Жартылай өткізгіштің қабаты электр бейтарапты болып қала береді. Кейбір әрекет факторлар болған кезде электрондар кристалдың басқа қабаттарына кеткен кезде донорлық қоспаның болымды иондары өтемделмеген болымды көлемді зарядты құрады.

n-түрлі жартылай өткізгіштің энергетикалық диаграммасында (1.5, б –сурет) еңгізілген қоспа өткізгіштік аймақтың жанында бір-біріне жақын орналасқан ықшам валенттік энергия деңгейлерді құрайды. Олар абсолюттік температура кезде электрондармен толтырылады. Суретте ықшам деңгейлер пунктир сызықпен көрсетілген. _д кеңдігі шамалы болғандықтан, (эВ) бөлмелік температура кезде донорлық деңгейлердің электрондары өткізгіштік аймаққа өтеді де, ток құруға қатысуға мүмкіншілік алады.

Еркін электрондардың өткізгіштік аймақтағы шоғырлануына кең рұқсат етілмеген _р.е. аймақтан өтетін валенттік аймақтын өздік электрондарымен емес, негізінде N_д еңгізілген қоспаның шоғырлануымен белгіленеді. Оған сәйкесті n-түрлі жартылай өткізгіштің n_n электрондардың шоғырлануы валенттік аймақтан өткізгіштік аймаққа өтетін p _n кемтіктердің шоғырлануынан едәуір жоғары. n-түрлі жартылай өткізгіште ток негізінде электрондармен құрылады деп есептеуге болады. Басқаша айтқанда, бұл жағдайда электрондар негізгі заряд тасушылар, ал кемтіктер – негізгі емес заряд тасушылар болады.

p-түрлі жартылай өткізгіште қоспаны еңгізу кемтіктердің шоғырлануын үлкейтуге бағытталған. Қоспа ретінде атомдары үш валенттік электроны бар периодикалық жүйенің III топтың элементтері пайдаланады (индий, галлий, бор). Мұнда қоспа бар кезде әрбір оның атомы көршілес атомдармен (кристалды тордағы негізгі атомдармен) үш толтырылған коваленттік байланысты құрады (1.6, а –сурет).

                                  а)                                                         б)

1.6 сурет – р түрлі жартылай өткізгіш кристалда кемтіктің пайда болуы (а) және процессті энергетикалық диаграммада көрсету.

 

Төртінші байланыс толтырылмаған болып қалады. Жетпейтін валенттік электрон кристалды тордың бір көршілес атомнан алынады. Бұл үшін керекті энергия шамалы. Электронның өтуі көршілес атомның коваленттік байланысында кемтікті құрады, ал электроны кеткен атом қозғалмайтын теріс ионға айналады. Нәтижесінде қоспа арқылы өткізгіште кемтіктердің шоғырлануы өседі. Көршілес атомдардың валенттік электрондарын қабылдайтын қоспаның атомдары акцепторлық, ал қоспаның өзі – акцептор деп аталады.

Негізгі жартылай өткізгіштің энергетикалық диаграмманың рұқсат етілмеген аймақта акцепторлық қоспа бар кезде валенттік аймақтың қасында жергілікті энергияның деңгейлері пайда болады (1.6, б –сурет). Жергілікті деңгейлердің саны кристалдағы қоспаның атомдарының шоғырлануымен белгіленеді. Акцепторлық деңгейлердің энергиясымен және валенттік аймақтың жоғарғы деңгейінің энергиясымен айырым _а шамалы болғандықтан (эВ), бөлмелік температура кезде валенттік аймақтан өткен электрондармен барлық акцепторлық деңгейлер толтырылады. Валенттік аймақта кемтіктердің үлкен шоғырлануы пайда болады.

Кемтіктердің шоғырлануы N_д еңгізген акцепторлық қоспаның шоғырлануымен белгіленеді. Валенттік электрондар кең рұқсат етілген _р.е. аймақтан жылу генерация кезде өткендер кемтікті бұған қарағанда шамалы құрады. Сол себептен, p-түрлі жартылай өткізгіште p_р кемтіктердің шоғырлануы n_р еркін электрондардың шоғырланудан едәуір үлкен. Кемтікті жартылай өткізгіште ток негізінде кемтіктермен тасымалдайды. Бұл жағдайда кемтіктер негізгі заряд тасушылар, ал электрондар – негізгі емес заряд тасушылар болады.

Сонымен, қоспалы жартылай өткізгіштерде негізгі заряд тасушылардың шоғырланулары (n_n – электронды жартылай өткізгіште) қоспа еңгізу арқылы құрылады, ал негізгі емес заряд тасушылар (p _n, n_р – сәйкесті электронды және кемтікті жартылай өткізгіштерде) – валенттік аймақтан өткізгіштік аймаққа жылулық генерация есебімен заряд тасушылардың өтуімен құрылады.

Электр өріс және заряд тасушылардың біркелкі емес шоғырлануы болды. Заряд тасушылардың реттеулік қозғалысын құрады, яғни токты. Электр өрістің әсерлігімен заряд тасушылардың бағытталған қозғалысы дрейф деп аталады, ал заряд тасушылардың шоғырланудың айырымы әсерлігімен бағытталған қозғалыс диффузия деп аталады.

 

1.2 Жартылай өткізгіш диодтар

Әрекет принципі және диодтың вольт-амперлі сипаттамасы

Диод – екі электроды бар бір жаққа ток өткізумен ие болатын жартылай өткізгіш элемент. Айнымалы токты түзетілген токқа түрлендіруге қолданады.

                         

                 а)                                        б)                                     в)

1.7 сурет – Жартылай өткізгіш диод: а) диодтың жартылай өткізгіш құрылымы; б) диодтың шартты сызықты белгісі; в) диодтың өте жақсы вольт-амперлі сипаттамасы

Диодтың екі қабаты бар: біреуінің кемтікті өткізгіштігі бар (p), екіншінің электронды өткізгіштігі бар (n).

Диодтың әрекет принципі p және n қабаттардың шекарасында (p–n өткелде) өтетін үрдістермен негізделген.

 

Сыртқы кернеу жоқ кездегі p – n өткелдегі электр үрдістер

Негізгі заряд тасушылармен бірге негізгі емес тасушылар әрбір қабатта бар. Олар негізгі материалдың электрондары валенттік аймақтан еркін деңгейлердің аймағына өтумен құрылады.

 

1.8 сурет - Өткізгіштің p – n құрылымында p – n өткелдің құрылуы:

а) өткізгіштің p – n құрылымы;

б) заряд тасушылардың шоғырлануының тарауы;

в) p – n өткельде токтың құраушылары;

г) зарядтың таралуы;

 д) өрістің кернеулігінің диаграммасы;

е) p–n өткелдегі потенциалдық тосқауыл.

 

Ең көп тараған, қабаттарда негізгі заряд тасушылардың (p_р және n_n) шоғырланулар бірдей емес p – n құрылымдар қолданады. Қабаттардың АВ бөлінуі шекарада бір атты заряд тасушылардың шоғырлануының айырымы пайда болады: олар бір қабатта негізгі, ал басқада – негізгі емес. Шекаралық салада шоғырланудың айырмасының әрекетімен негізгі заряд тасушылардың қарама-қарсы диффузиялы қозғалыс бөліну шекара арқылы басталады. p саладан кемтіктер n салаға диффузиялайды, ал n саладан электрондар - p салаға диффузиялайды. n салаға кірген кемтіктер бұл саладағы электрондармен рекомбинацияға кіреді, p салаға кірген электрондар бұл саладағы кемтіктермен рекомбинацияға кіреді.

Қабат бөліну шекара арқылы заряд тасушылардың диффузиялық қозғалысы шекаралық салаларда қоспа атомдардың иондары көлемді зарядтарды құрады. p қабаттан кемтіктер кеткен кезде, қоспалардың акцептор атомдарының қалған теріс иондар теріс көлемді зарядты, ал  n қабаттан электрон кеткен кезде, қоспалардың донор атомдарының қалған болымды иондар болымды зарядты құрады. p – n өткелде көлемді зарядтың таралу қисығы 1.8, г –суретте көрсетілген.

Шекаралық p салада электрондардың шоғырлануы, ал шекаралық n салада кемтіктердің шоғырлануы үлкейеді (1.8, б –сурет). p – n өткелде көлемді заряд болғандықтан электр өріс және потенциал айырымы құрылады. Е(х) және (х) қисықтар 1.8, д, е –суреттерде көрсетілген.

Көлемді зарядпен құрылған ішкі электр өріс өткел арқылы екі жаққа заряд тасушылардың ағындарының теңістігін қамтамасыз етеді, яғни қосынды токтың сыртқы электр өріс жоқ кезде нөлге теңдігін. Бұған себеп – потенциалды тосқауылы ₀ ішкі электр өріс (1.8, е –сурет) негізгі заряд тасушыларға бөгет болады, ал негізгі емес заряд тасушылардың өтуін тездетеді. Сонымен, ішкі элект өріс J_диф.  диффузиялы токтың тығыздығын азайтады, ал J_др. дрейфтік токтың тығыздығын үлкейтеді.

Дрейфтік токтың бағыты диффузиялық токтың бағытына теріс болады.

 

Сыртқы кернеу бар кезде p – n өткелде электр үрдістер

Сыртқы кернеу p – n құрылымға тік бағытталған, яғни «+» p аймақтың шықпасына, ал «-» n аймақтын шықпасына қосылған.

  1.9 сурет – Тік бағытта сыртқы кернеу қосылғанда жартылай өткізгіш диод:

 

 а) қосылу сұлбасы;

б) тік кернеу кезіндегі потенциалды тосқауыл;

в) заряд тасушылардың шоғырлануының тарауы.

                    

1.10 сурет – Диодтың вольт-амперлі сипаттаманың тура тарамы

  Көздің құрған электр өрісі ішкі электр өріске теріс бағытталған, ал бұл жағдайда p – n өткелде нәтижелі өріс азаяды. Өткелде екі таңбалы көлемді заряд жиналады. Оның шамасына шекаралық қабаттардағы ₀ шамасымен бірге U_а сыртқы кернеу жұмыс істейді. Өткелдегі көлемдік зарядқа сыртқы кернеу жоқ кездегіден шамасы аз ₀ - U_а кернеу сәйкес болады. ₀ - U_а шама сыртқы кернеуді тура бағытта қосқанда потенциалды тосқауылдың биіктігін белгілейді (1.9, б –сурет). Көлемді зарядтың азайғаны p – n өткелді тарылтады. Потенциалды тосқауылдың азайғаны бөліну шекара арқылы диффузия әрекетімен негізгі заряд тасушылардың өтуін жеңілдетеді, ал бұл жағдай өткел арқылы өтетін диффузиялық токты үлкейтеді (1.9, в –сурет).

Өткелден өтетін дрейфтік токтың шамасы өзгермейді. Диффузиялық және дрейфтік токтардың айырымы нәтижелі токты белгілейді. Тура токтың тығыздығы

J_а =  J_диф. -  J_др.

Сыртқы кернеу өскенде диффузиялық ток өседі, яғни өткел арқылы тура ток өседі. p – n өткелдің вольт-амперлі сипаттамасы 1.12 суретте келтірілген.

 

1.11 сурет – Сыртқы кернеуді теріс бағытқа қосқанда жартылай өткізгіш диод:

а) қосу сұлбасы; б) теріс кернеу кезіндегі потенциалды тосқауыл; в) заряд тасушылардың шоғырлануларының таралуы; г) вольт-амперлі сипаттаманың кері тарамы.

 

Сыртқы кернеуді кері бағытта қосқанда  (1.11, а –сурет) потенциалды тосқауыл U_б шамаға өседі де ₀ + U_б тең болады (1.11, б –сурет). Бұл жағдайда көлемді заряд үлкейеді, сол себептен p – n өткелден негізгі зарядтардың өтуі қиындалады, яғни диффузиялық ток азаяды. Негізгі емес заряд тасушылардың шоғырланумен себепші болатын дрейфтік ток өткелдің екі жағында өзгейрмейді (1.11, в –сурет), бірақ та енді оның шамасынан үлкен болады. Диод арқылы кері ток ағады

I_б   = I_др  -  I_диф

Диодтың вольт-амперлік сипаттамасы 1.12 –суретте көрсетілген.

1.12 сурет – Диодтың толық вольт-амперлі сипаттамасы

 

Диодтың тура тоғы негізгі, ал кері тоғы негізгі емес зарядтармен құрылады. Негізгі заряд тасушылардың шоғырлануы көп есе негізгі емес заряд тасушылардың шоғырлануынан үлкен.

 

1.3 Биполярлы транзисторлар

Транзистор – үш электроды бар басқарылатын жартылай өткізгіш элемент. Транзистор күшейту және серпінді сұлбаларда кең қолданылады. Оның артықшылықтары – қыздыруы жоқ, кіші көлемі және бағасы, жоғары сенімділігі.

Биполярлы транзистор үшқабат жартылай өткізгішті құрылымы және оның екі p – n өткелі бар. Қабаттардың кезектестіруге тәуелділікке байланысты транзистордың  p – n – p  және n – p – n түрлері болады (1.13 а, б –сурет). Электронды сұлбаларда көрсетілетін шартты белгілер  1.13 в, г – суреттерде көрсетілген.

1.13 сурет.  p – n – p  (а) және n – p – n (б) түрлі транзисторлардың жартылай өткізгіш құрылымы; олардың электронды сұлбалардағы шартты белгілері (в,г)

 

Үшқабатты құрылым алу үшін негізгі материал ретінде германий және кремний пайдаланылады. Жартылай өткізгіштің  n түрлі табақ құрылымның табаны (база) ретінде болады. Екі сыртқы p қабаттар негізгі материалға акцепторлық қоспаны еңгізу арқылы құралады. Бір қабат эмиттер деп, екінші коллектор деп аталады.

Эмиттер өткелдің тағайындауы – заряд тасушыларды базаға еңгізу, коллекторлық өткелдің – базалық қабаттан өткен заряд тасушыларды жинау.

n – p – n түрлі транзисторларда барлық үш қабаттардың тағайындауы және аттары іспеттес, тек база арқылы өтетін заряд тасушылардың түрі өзгереді: p – n – p түрлі аспаптарда – бұл кемтіктер, n – p – n түрлі аспаптарда – электрондар.

 

Транзистордың әрекет принципі және оның негізгі параметрлері

Биполярлы транзистордың әрекет принципін p – n – p түрлі құрылымы бар аспаптан қарап шығамыз (1.14 сурет). Алдымен транзисторлық құрылымның қабаттарында заряд тасушылардың шоғырлануының тарауын және сыртқы кернеулер жоқ кезде p – n өткелдердің көлемді зарядтармен құрылатын потенциалдар айырымдарын көрсетеміз (1.14 б, в –сурет).

Сыртқы кернеулер жоқ кезде үш қабаттың бөліну шекараларында көлемді зарядтар құрылады, ішкі электр өріс пайда болады және қабаттар арасында ішкі потенциал айырымы әрекет етеді. Әрбір өткелде потенциалды тосқауыл өткел арқылы өтетін бір-біріне қарсы заряд тасушылардың диффузиялы және дрейфті ағындардың тепе-теңдігін құрады, яғни өтетін ток нөлге тең. Егерде нөлдік деңгей ретінде базаның потенциалын алсақ, онда сыртқы кернеулер жоқ кезде транзистордағы потенциалдардың айырымдарының тарауы түрі 1.14, в – суретте көрсетілгендей болады.

Эмиттерлік өткелді тура бағытта, ал коллекторлық өткелді теріс бағытта ығысуды қамтамасыз ететін  сыртқы кернеулер транзисторға қосылады. Бұны екі көз арқылы орындайды (1.15, а –сурет). U_эб кернеуді базаға қарай болымды полюспен элементтерге қосады, U_кб кернеуді базаға қарай теріс полюспен коллекторға қосады.

                               

                                  

1.14 сурет – Сыртқы кернеулер жоқ кезде p – n – p түрлі транзисторлық құрама (а); заряд тасушылардың шоғырлануының тарауы (б); потенциалдардың айырымы (в)

1.15 сурет – Сыртқы кернеулер  бар кезде p – n – p түрлі                                                                                                  транзисторлық құрама (а); заряд тасушылардың шоғырлануының тарауы (б) және ішкі потенциалдардың айырымы (в)

 

Эмиттерлік өткелде сыртқы кернеу U_эб тура бағытта әрекет істеп тұрғандықтан кемтіктер үшін (эмиттер қабатында негізгі заряд тасушылар) потенциалды тосқауыл төмендейді де, кемтіктер диффузияның әрекетімен эмиттерден үлкен мөлшер болып базаға өтеді (1.15, б, в – сурет) Оған ұқсас электрондардың диффузиялы ағыны (база саласындағы негізгі заряд тасушылар) эмиттерге үлкейеді.

Эмиттердің өткеліндегі және эмиттердің тізбегіндегі ток

I_э  = I_эр  +  I_эп

Токтың кемтікті құрастырушысы I_эр базаға эмиттерге өтетін кемтіктердің ағынымен құралады. Келесіде кемтіктердің көбісі коллекторға жетеді де транзистордың коллекторлық тоғын құрайды. Токтың электронды құрастырушысы I_эп эмиттерге базадан өтетін электрондардан құралады. Ол көз арқылы кіріс тізбек арқылы тұйықталады да пайдалы қолданбайды (коллекторлық токты құруға қатыспайды). Сонымен, эмиттерлік өткелдің міндеті және эмиттерлік өткелдегі процестер заряд тасушыларды (кемтіктерді) базаға еңгізуде.

Базалық қабаттағы процестер базаға эмиттерлік  өткел арқылы өткен кемтіктермен белгіленеді. Еңгізген кемтіктер эмиттердің қасындағы базалық қабатта кемтіктердің шоғырлануын өсіреді (1.15, б – сурет).

Тепе-теңдік шоғырлану Р_nо қарағанда, еңгізілген кемтіктер базалық қабатқа өткенде эмиттердің қасындағы базалық қабатта кемтіктердің шоғырланыун үлкейтеді. Эмиттерлік өткелдің шекарасында Р_n (0) шоғырлану құрылады (1.15, б – сурет). U_эб кернеуден тәуелді бұл шоғырланудың шамасы мынаған тең:

                                                

мұндағы _Т – жылулық потенциал.

Р_n (0) шоғырланудың әсерімен базада коллекторға қарай  кемтіктердің диффузиялы қозғалысы дамиды, яғни кіші шоғырлану жаққа. Базада коллекторлық өткелдің шекарасында кемтіктердің шоғырлануы нөлге жақын орнатылады. Оған себеп болғаны – диффузия әсерімен коллекторлық өткелге жеткен кемтіктер өткелдің өрісімен тездетіледі де, коллекторға тасталады.

Базадағы көрсетілген кемтіктердің қозғалысы тек бағаның көлемінде электрондардың  саны кемтіктердің санына тең болғанда, яғни база электр бейтарапты болғанда.

Базада кемтіктер және электрондар болғандықтан диффузия процесс кезінде кемтіктердің кейбір бөліктері электрондармен рекомбинациялайды. Рекомбинацияның нәтижесінде коллекторға жеткен кемтіктердің саны эмиттерден түскен кемтіктерден аз болады.

Сонымен бірге кемтіктердің рекомбинациясы кемтіктерді қарымталауға керек электрондардың жеткіліксіздігін құрады. Керекті электрондар базалық ток  I_б құрып базалық тізбектен түседі. Бұған сәйкес транзистордың кемтікті ток құрушылар үшін

I_эр  = I_кр  +  I_бр

Коллекторлық p – n өткел оған жеткен кемтіктерді коллекторлық салаға өткізіп жіберуге арналған (1.15, в –сурет).

Коллекторлық ток I_к эмиттердің тоғымен токтың беріліс коэффициенті -мен былай байланысқан:

 шамасы 0,9 – 0,99.

Транзистордың токтары үшін негізгі байланыс Кирхгофтың бірінші заңы бойынша құрылады:

I_э  = I_к  +  I_б

Транзистордың вольт-амперлі сипаттамалары

Әртүрлі сұлбаларда транзисторларды қолданған кезде, кірісте кернеу және ток арасындағы тәуелділік (кіріс сипаттамалар) және шығыс кернеу және ток арасындағы тәуелділік (шығыс сипаттамалар) пайдаланады.

Транзисторды қосудың үш әдісі бар: ортақ базамен (ОБ), ортақ эмиттермен (ОЭ) және ортақ коллектормен (ОК).

 

Ортақ эмиттері бар сұлба (1.16 сурет)

ОЭ бар сұлбада транзистордың кіріс және шығыс тізбектері эмиттердің шықпасына ортақ болады. U_бэ, кернеулер базамен эмиттердің аралығына және U_кэ коллектормен эмиттердің аралығына беріледі. U_бэ кернеу эмиттерлік өткелдегі кернеуді белгілейді. Коллекторлық өткелдегі кернеу U_кэ - U_бэ тең. ОЭ бар сұлбада транзистордың шығыс сипаттамаларын I_б = const кезде  тәуелділік анықтайды (1.17, а –сурет).

 

    

 

 

 

 

 1.16 –сурет. Ортақ эмиттері бар

      транзистордың сұлбасы.

 

                                 а)                                                   б)

1.17 сурет – Шығыс (а) және кіріс (б) сипаттамалар

 

Коллекторлық сипаттамалар координат басынан басталады. U_кэ = 0 коллекторлы өткелде кернеу U_бэ тең, коллекторлы өткел ашық, базаға кемтіктер еңгізіледі.

Кемтіктердің ағыны коллекторлық өткел арқылы (коллектордан базаға және эмиттерден коллекторға) бір-бірін теңестіреді де ток I_к = 0. U_кэ кернеу үлкейген сайын коллекторлық өткелдегі кернеу төмендейді де ток I үлкейеді.

ОЭ бар сұлбада аналитикалық түрде жазылған коллекторлық сипаттамалар

I_к =

мұнда  - токтың беріліс коэффициенті;

             = 0,9 – 0,99 болғандықтан;

            I_ко – жылулық ток.

Сонымен, транзистор ОЭ бар сұлбада токты үлкейтеді. Бұл маңызды артықшылық, ал сол себептен ОЭ бар сұлбалар кең қолданылады.

Кіріс (базалық) сипаттамалар коллектормен эмиттердің арасындағы кернеу U_кэ тұрақты кезде базаның тоғы U_бэ база эмиттер арасындағы кернеуден тәуелділікті көрсетеді, яғни  I_б = f (U_бэ)    (1.17, б –сурет).

U_кэ = 0 тең кезде сипаттама параллельді қосылған екі p – n өткелдердің (эмиттерлік және коллекторлық) вольт-амперлі сипаттаманың тура тарамына сәйкес. Базаның тоғы бұл жағдайда коллектордың және эмиттердің токтарының қосындысына тең.

U_кэ < 0 базаның тоғы эмиттердің тоғының шамалы бөлігіне тең. U_бэ белгілі кезде U_кэ < 0 беру I_б токты азайтады, яғни U_кэ = 0 кездегі сипаттамаға қарай сипаттамалар төменге ығысады.

I_б база тоғының ішінде коллектордың I_ко жылулық тоғы бар. Сондықтан U_кэ < 0  кезде кіріс сипаттамалар I_ко тең база тоғының теріс мәндерінен басталады.

 

1.4 Тиристорлар

 

Тиристор – төртқабатты, үш p – n өткелі бар жартылай өткізгіш аспап. Тиристордың екі жағдайы бар: ашық және жабық.

Тиристорды жабық жағдайдан ашық жағдайға келтіру үшін аспапқа сыртқы әсер арқылы жүзеге асырылады.

Тиристордың үш электроды бар: А-анод, К-катод, БЭ-басқару электроды. Тиристордың шартты белгісі 1.18 суретте көрсетілген. Тиристорды өңдеу үшін кремний қолданады.

                       

1.18 сурет – Тиристордың шартты                1.19 сурет – Триодты

белгісі                                              тиристордың құрылымы

 

 

Тиристорды қоректендіру кернеу суреттегі сияқты берілген кезде θ₁ және θ₃ өткелдер ашық, ал θ₂ өткел жабық. Кернеу U_тік θ жабық өткелге салынады. Оның кедергісі үлкен болғандықтан ток (1.20 сурет). U_тік кернеуді үлкейткен кезде (қоректендіру  көздің Е_а ЭҚК-ін үлкейту арқылы) тиристордың тоғы  шамалы өседі. U_тік кернеу U_қос қосу кернеуге тең болғанда заряд тасушылардың саны тасқынды өседі. Бұған себеп θ₂ өткелде жылжып бара жатқан электрондармен және кемтіктермен заряд тасушылардың өсуі.  n₂ қабаттан электрондар, р₁ қабаттан кемтіктер р₂ және n₁ қабаттарға ұмтылып, оларды негізгі емес заряд тасушылармен қанықтырады. R кедергідегі кернеу өседі, тиристрдағы кернеу азаяды. Тесілуден кейін тиристордағы кернеу 0,5-1 В дейін төмендейді. Мұндай тесілу θ₂ өткелді бұзбайды, ток азайған кезде өткелдің жоғары кедергісі орнына қайтады.

1.20 сурет – Тиристордың вольт-амперлі сипаттамасы            

                       

1.21 сурет – Басқарылатын VS тиристоры бар бір жартыпериодты түзеткіштің сұлбасы (а); қоректену кернеуі u₁ (б); басқару серпіндер (в); түзетілген кернеу (г) және ток (д)

 

Басқару серпіндердің i_б фазасын  өзгертіп, тиристордың ашылу уақытын өзгертеді, ал сонымен бірге түзетілген кернеуді және токты өзгертеді. Серпін i_б   басқару жүйеден келіп түседі.

Бір жартыпериодты түзету кезде,  фазаны нөлден -ге дейін өзгерткен кезде түзетілген кернеу u_R = R_i  U_тік / -ден нөлге дейін өзгереді.

Тиристорлар арқылы түзетілген кернеуді өзгертумен бірге, тұрақты токты айнымалы токқа түрлендіруге болады. Теріс бағытта тиристордың тесілуі болмас үшін теріс кернеу U_тер.max аз болу керек.

Тиристорлар 2000 А токқа және қосу кернеулері U_қос.=4000В дейін шығарылады. Басқарылатын түзеткіш ретінде тиристорлар кең қолданылады.

Екінші тарау

Электронды түзеткіштер

2.1 Түзеткіш туралы жалпы мәліметтер

 

Түзеткіш – айнымалы токты тұрақты токқа түрлендіретін құрылғы.

Мұндай түрлендіру, егерде тұтынушының қоректенуі  тұрақты токпен орындалса, ал электр энергияның көзі айнымалы токтың көзі болса, қажетті болады. Түзеткіштер әртүрлі электронды аспаптарда кең қолданады, себебі – бұл аспаптардың бөліктерінің көбісі тұрақты токпен қоректенеді.

2.1 суретте түзеткіштің құрылыма сұлбасы көрсетілген.

2.1 сурет – Түзеткіштің құрылымдық сұлбасы

 

2.2 сурет – Бірфазалы түзету кездегі уақыттық диаграммалар

 

Құрылымдық сұлбаның негізі – белгілі сұлба бойынша бір немесе бірнеше диодтардан жиналған түзеткіш. Шығыста тұрақты кернеудің талап ететін шамасын алу үшін, тапсырылған біріншілік u₁  кернеуді екіншілік u₂ кернеуді үлкейтуге немесе кішірейтуге трансформатор қойылады (2.2 а, б – сурет).  

Түзетудің принципі – диодтік сұлба арқылы u₂ кернеудің екі полярлық қисығынан u_d кернеудің бір полярлық жартытолқынды қисығын алу (2.2 в –сурет).

u_d кернеу түзетілген кернеудің қисығын сипаттайды. Оның тұрақты құрастырушысы U_d түзетілген кернеудің орташа мәні.

Түзетілген кернеудің қисығында тұрақты құрастырушымен бірге айнымалы (толықсу) құрастырушысы бар. Айнымалы құрастырушының қажеттігі жоқ. Сол себептен, түзеткіштің шығысына тегістеуші сүзгіні қосу арқылы түзетілген кернеудің сүзгілеуін орындайды.

Түзеткіштерді диодтардың түрлері, олардың қосу сұлбалары және айнымалы кернеу көздің фазалар бойынша айырады. Сонымен бірге түзеткіштер басқарылмайтын және басқарылатын болып бөлінеді.

 

2.2 Бір жартыпериодты түзеткіш

 

2.3 сурет – Бір жартыпериодты түзеткіштің сұлбасы

2.4 сурет – Трансформатордың екіншілік орамасындағы кернеу u₂ (а); түзетілген ток i₂, токтың тұрақты құрастырушысы I_d (б).

 

Айнымалы синусоидалы кернеу u₂ диодқа ұмтылады. Диодтың біржақты өткізгіштігі болғандықтан i₂ ток тек u₂ кернеудің болымды жартылай период кезінде өтеді, сондықтан токтың түрі серпінді болады (2.4 б –сурет).

Токтың I_d тұрақты құрастырушысы бұл токтың R_ж жүктеме арқылы жартыпериод ішінде өтетін i₂ токтың орташа мәнімен белгіленеді

i₂ = I_2т sin  болғандықтан

мұнда T = 2, сондықтан

                              (2.2)

Түзетілген кернеудің тұрақты құрастырушысы  Ом заңы бойынша тең

                                                (2.3)

U_d  кернеудің шамасын түзеткішті есептеген кезде тапсырады.

(2.3) негізінде U₂ белгіленеді, ал көздің U₁ кернеу арқылы трансформация коэффициенті белгіленеді ( ).

U₂ кернеудің теріс жартылай период кезінде диод Д кері кернеудің U_2т әсерінде болады. Сондықтан U_{кер. max} = U_2т = 3,14 U_d.

Бір жартыпериодты түзету сұлбада жұмыс істеуге диодты таңдаған кезде мына жағдайлар орындалу керек: U_кер.д > 3,14 U_d,  I_орт.д > I_d.

Түзеткіштің жұмысын сипаттайтын маңызды көрсеткіші – толықсу коэффициент

                                                                                                    (2.4)

мұнда U_1т – жүктемедегі айнымалы кернеудің бірінші гармониканың амплитудасы.

Бір жартыпериодты түзеткіш үшін U_1т ==1,57 U_d, яғни = 1,57.

Бір жартыпериодты түзеткіш үшін  үлкен болғаны бұл сұлбаның негізгі кемшілігіне жатады.

 

2.3 Екі жартыпериодты түзеткіш

а) Нөлдік шықпасы бар бір фазалы екі жартыпериодты түзеткіш

Түзеткіштің сұлбасы 2.5 суретте көрсетілген. Түзеткіштің қажетті бөлігі ретінде екі екіншілік орамалар W_2-1 және W_2-2 бар күштік трансформатор Т_р. Олар біріншілік орама W₁ трансформация коэффициент арқылы байланысқан. Орамалардың қосылу сұлбасы екіншілік ораманың  шықпаларындағы шамасы бойынша бірдей кернеулерді жалпы (нөлдік) нүктеге қатысты фаза бойынша 180⁰ ығыстырады. Трансформатордың екіншілік орамалары Д₁ және Д₂ диодтың анодтарына қосылады.

Шығыс кернеу U_d трансформатордың нөлдік нүктесімен екі диодтың катодтарының қосылу жалпы нүктесінің арасынан алынады. Болымды полярлығы бар u₁ кернеудің жарты толқыны түскенде (2.5,б –суретте 0- аралық) трансформатордың екіншілік орамаларында u_2-1 және u_2-2 кернеулер әрекет етеді (2.5, в -сурет). Д₁ диодтың анодына  нөлдік түйінге қарай болымды полярлығы бар кернеу ұмтылады, ал Д₂ диодтың анодына кері. Анодтардағы көрсетілген кернеулердің полярлығы болған кезде Д₁ диод ашық, ал Д₂ диод жабық. u_2-1 кернеу R_ж жүктемеге ынта салынады да жүктемеде u_d кернеуді құрады. Бұл аралықта диодтың анодтық ток жүктеме тоғына тең  i_а1= i_d =     (2.5 д, е – сурет).

2.5 сурет – Бір фазалы екі жартыпериодты түзеткіштің  сұлбасы (а) және оның уақытты диаграммалары (б-ж)

 

Теріс полярлығы бар u₁ кернеудің жарты толқыны түскенде (2.5 б-суреттегі -2 аралық) екіншілік орамалардағы кернеулердің  полярлықтары кері болып қалады (2.5, в –сурет). Д₂ диод ашық, ал Д₁ диод жабық.

Енді сұлбадағы токтар i_а2= i_d =   (2.5 д, ж – сурет).

Содан кейін процесс қайталанады: кезек-кезек Д₁ және Д₂ диодтар токты өткізеді.

Сұлбадағы кернеулер және токтар уақыт бойынша диаграммаларға сәйкес өзгереді (2.5 б, ж – сурет).

Кернеудің тұрақты құрастырушысы U_d кернеу u₂ орташа мәнімен белгіленеді

                                                            (2.5)

Түзеткішті есептегенде U_d тапсырылған болғандықтан, екіншілік кернеуді табамыз

 = 1,1 U_d                                         (2.6)

Трансформация коэффициенті тең                                          (2.7)

Толықсу коэффициенті 0,67                                                (2.8)

m=2 – түзету фазалардың саны.

Диодтың түрін белгілегенде әрбір диодтан өтетін токтың орташа мәнін I_а және оларға ынта салынатын максималды кері кернеуді U_кер.max білу керек.

Диод арқылы ток I _d кезекше өтеді, сол себептен әр диод орташа ток I_а тең

I_а=                                                               (2.9)

Кері кернеу жабық диодқа ынта салынады, яғни екінші диод ашық кезде жабық диодқа екі екіншілік орамалардың қосынды кернеулері әрекет етеді

U_кер.max= 2U_2т=πU_d                                             (2.10)

Күштік трансформаторды есептеген кезде оның орамалары арқылы өтетін I₁ және I₂ токтардың мәндерін білу керек.

I₂=                                                     (2.11)

 

                                                   (2.12)

мұнда - трансформация коэффициенті.

Трансформатордың қуаты

S_Т = U_d I₁=1,23 U_d I_d                                                   (2.13)

 

б) Бір фазалы көпірлік түзеткіш

Түзеткіштің сұлбасына күштік трансформатор және төрт диодтардан жиналған түзеткіш көпір кіреді (2.6 а)-сурет).

Шығыс кернеу U₂ кернеудің жарты толқынды бір полярлық түріндей болады (2.6 в)-сурет). Бұл жағдай Д₁, Д₂ және Д₃, Д₄ диодтардың кезек-кезек  ашылу нәтижесінде пайдалы болады.

Д₁, Д₂ диодтар U₂ кернеудің жарты толқыны болымды болғанда (0-π аралық) ашық. Ашық Д₁, Д₂ диодтар U₂ кернеудің шамасына және полярлығына тең U_d кернеуді жүктемеде құрады (2.6 в) - сурет).

U₁ кернеудің жарты толқыны теріс кезінде - 2аралықта U₂ кернеудің полярлығы кері болады (2.6 в) - сурет). Оның әсерімен Д₃,   Д₄ диодтар ашылады да, жүктеме U₂ кернеуге қосылады. Полярлық 0 - аралығындай (2.6 а, в- сурет).

2.6 сурет - Бір фазалы көпірлік түзеткіштің сұлбасы (а) және оның уақытты диаграммалары (б-е).

 

Трансформатордың нөлдік шықпасы бар және түзетілген кернеу U_d және U₂ көпірлік түзеткіштер үшін U_d кернеудің қисығы бірдей болғандықтан, 2.6 сұлба үшін кернеудің әрекет мәні арасындағы (2.5) және (2.6) күшінде қалады.

Сонымен бірге (2.8) қатынас өзгермейді.

Кері кернеу өткізбейтін екі диодқа бір уақытта ынта салынады.

Кері кернеудің максималды мәні

U_кер.max= 2U_2т = U_d                                         (2.14)

Яғни нөлдік түйіннің шықпасы бар сұлбаға қарағанда екі есе аз.  I₂ токты келесі кейіптеме арқылы табады

     I₂ =                                   (2.15)

I₁ ток  I₂ және I_d токтармен келесі қатынаспен байланған

            I₁ =                                            (2.16)

Трансформатордың қуаты

            S_Т = U_d I₁=1,23 Р_d                                           (2.17)

 

2.4 Нөлдік шықпасы бар үш фазалы түзеткіш

2.7 сурет – Нөлдік шықпасы бар үш фазалы басқарылмайтын түзеткіш (а) және активтік жүктеме кездегі уақытта диаграммалар (б-е)

 

Басқарылмайтын нөлдік шықпасы бар түзеткіштің сұлбасына екіншілік орамасы жұлдызша қосылған трансформатор кіреді (2.7 а -сурет). Екіншілік ораманың шықпалары диодтардың үш анодымен байланысқан. Жүктеме диодтардың катодтарының қосылған жалпы нүтесімен екіншілік ораманың нөлдік шықпасының арасына қосылады.

2.7 б – суретте нөлдік нүктеге қарай трансформатордың екіншілік орамасының үш фазалық жүйесі көрсетілген (и_а, и_в, и_с фазалы кернеулер).

Диодтар токты екіншілік кернеулердің болымды полярлықтары болған кезде өткізеді. Бірақта ашық жағдайда тек фазалық кернеуі басқа екі диодтың фазалық кернеулерінен жоғары болған диод болады.

Өткізбейтін диодтар оның фазалық кернеуінің және өткізетін диодтың фазалық кернеуінің айырымына тең кері кернеумен бекітіліп қалады. -аралықта ашық жағдай 1 диод үшін орындалады, - аралықта – 2 диод үшін, - аралықта – 3 диод үшін, - - қайтадан  1 диод үшін және сол сияқты ары қарай. Нәтижеде жүктемеде бір полярлы толықсу и_d кернеу әрекет істейді (2.7 в - сурет). Жүктеме активтік кезде i_d = токтың қисығы и_d кернеудің түріндей болады (2.7 в - сурет). Көрсетілген диодтардың ашылу кезегіне анодтар токтарының қисықтары сәйкес (2.7 г-е - сурет).

Түзетілген кернеудің орташа мәнін штрихталған аудан бойынша табамыз (2.7 в - сурет):

                        (2.18)

Мұндағы U₂ – трансформатордың екіншілік орамадағы фазалық кернеудің әрекет мәні.

U_d және U₂ кернеулерді байланыстыратын коэффициент бір фазалы сұлбадағы коэффициенттен үлкен, онда U_d =0,9 U₂. Бұған байланысты трансформаторды U₂=0,85 U_d кернеуге есептеуге керек, яғни бір фазалы сұлбадағы кернеуден аз шамаға (U₂=1,1 U_d). Толықсу коэффициентің шамасы да кішірейеді, яғни 0,25 тең.

Диодтардың орташа тоғы

I_а=                                                      (2.19)

Диодтарды таңдаған кезде максималды кері кернеу сызықты екіншілік кернеудің амплитудасына тең

U_кер.max=                  (2.20)

Екіншілік ораманың i_а2, i_b2, i_с2 диодтардың сәйкесті токтарымен белгіленеді (2.7 г-е - сурет).

 

2.5 Бір фазалы токтың басқарылатын түзеткіштері

Көп жағдайда U_d түзетілген кернеудің шамасымен басқару жағдай туады (мысалы, тұрақты ток қозғалтқыштың айналу жиілігін реттеу кезде).

Жүктемедегі кернеуді реттеу кезінде фазалық әдіс кең қолданады. Бұл жағдайда түзеткіштің сұлбасында басқарылатын диод – тиристор пайдалынады. Мұндай түзеткіш басқарылатын деп аталады. Бір фазалы басқарылатын түзеткіштер трансформатордың нөлдік шықпасы бар және көпірлік сұлба ретінде орындалады. Бір фазалы нөлдік шықпасы бар басқарылатын түзеткіштің сұлбасы 2.8 –суретте келтірілген.

2.8сурет- Түзеткіштің   сұлбасы

 

Жүктеме активтік кезде уақытты диаграммалар 2.9-суретте келтірілген. Түзеткіштің кірісінде тораптың и₁ кернеуінің болымды жарты толқыны әрекет етіп тұр (2.9 а-сурет).   - уақыт мезгілде Т₁ және Т₂ тиристорлар жабық, түзеткіштің шығысында кернеу u_d нөлге тең (2.9 в-сурет). Т₁ тиристорда кернеу тура бағытта, ал Т₂ тиристорда кернеу кері бағытта.

2.9 сурет  - Уақытты диаграммалар

 

Бұрыш  белгіленетін  уақыт мезгілде түзеткіштің БЖ басқару жүйеден Т₁ тиристордың басқарушы электродына серпін түседі (2.9 б-сурет). Т₁ тиристор ашылып R_ж жүктемені екіншілік ораманың u_2-1 кернеуіне қосады. Жүктемеде u_d кернеу құрылады. Жүктеме және Т₁ тиристор арқылы i_d=i_а1=  ток ағады (2.9 г-сурет).

Қоректендіру кернеу нөлден өткен кезде (=) Т₁ тиристордың тогы нөлге тең болады да, тиристор жабылады. -= аралықта қоректендіру кернеудің полярлығы қарама- қарсы болады. Бұл аралықта Т₁ және Т₂ тиристорлар жабық.                                                                  

Көрсетілген аралық біткеннен кейін ашу серпін Т₂ тиристордың басқару электродына түседі. Т₂ тиристор ашылып, R_ж жүктемені екіншілік ораманың u_2-2 кернеуіне қосады. Жүктемеде i_d кернеу құрылады. Жүктеме және Т₂ тиристор арқылы i_d = i_а1= ток ағады (2.9 д-сурет). Содан кейін сұлбада көрсетілген процестер қайталанады. Біріншілік ток i₁ екіншілік токтармен  трансформация коэффициент арқылы байланысқан.

 бұрыш өзгерген кезде U_d түзетілген кернеудің шамасын реттеуге болады. =0 кезде u_d  кернеу басқарылмайтын түзеткіш сияқты болады, ал кернеу U_d=. Басқару бұрыш = (180⁰ эл.град.) кезде u_d=0 және U_d=0. Сонымен, бұрыш  нөлден 180⁰ эл.град. өзгерген кезде кернеуді 0,9U₂ максималды шамасынан нөлге дейін басқарылатын түзеткіш реттейді.  бұрыштың әр түрлі мәні кезінде u_d  кернеудің қисықтары 2.10 а-г – суретте көрсетілген.

2.10 сурет - Әр түрлі  бұрыш кезде активтік жүктемесі бар бір фазалы түзеткіштің шығыс кернеулердің қисықтары

 

U_d кернеудің  бұрыштан тәуелділігі реттеуіш сипаттама деп аталады.

                                        (2.32)

мұнда U_d0 =0,9 U₂ (=0 кездегі кернеу).

2.11 сурет – Бір фазалы басқарылатын түзеткіштің реттеуіш сипаттамасы

 

2.6 Тегістеуші сүзгілер

Токты түзеткен кезде жоғарыда қаралған сұлбада жүктемеде толықсу ток пайдалы болады. Түзетілген токты сүзгілер арқылы тегістейді (2.7-сурет).

2.12 сурет – Тегістеуші сүзгілердің түрлерің

а) индуктивтік сүзгі; б) сыйымдылық сүзгі; в) Г-сияқты LC сүзгі.

 

Индуктивтік кірісі бар сүзгінің (2.12 а-сурет) тегістеу әрекетін қарайық. Сүзгілердің тегістеу қабілеттігі S тегістеуші коэффициентпен сипатталады

S=                                                   (2.21)

Бірінші (негізгі) гармоника бойынша тегістеу коэффициенті

                                               S₁ =                                        (2.22)

мұнда , - толықсу кернеулерінің бірінші гармоникалық сүзгінің кірісіндегі және шығысындағы мәндері тең.

Толықсу токтың бірінші (негізгі) гармоникасыныан кернеу құраулары

                                                    (2.23)

= I_T(1)                           (2.24)

(2.23), (2.24) мәндерін (2.22) қойғанда шығады

 

Әдетте . Онда

                                                          (2.25)

Сүзгінің тегістеу қабілеттілігі түзеткіштің түзету фазаларының m саны үлкейгенде, индуктивтік L үлкейгенде және жүктеме R_ж азайғанда өседі.

 жағдайды орындау үшін R_ж азайтуға жүктемеге параллелді сиымдылықты, яғни Г сияқты LC сүзгіні қолданады (2.13, а –сурет).

 

2.13 –сурет. Г сияқты LC сүзгінің сұлбасы (а), түзеткіштің шығыс кернеуін суреттейтін уақыт диаграммалар

 

Конденсатор арқылы токтың айнымалы құрастырушысы өтеді, яғни конденсатор түзеткіштің шығыс тізбегінде айнымалы және тұрақты құрастырушыларды бөледі: L дроссель U_d кернеудің айнымалы құрастырушысы жүктемеге өтеді.

Бұл құрылысты 2.13, б-г-суреттегі уақытты диаграммалар көрнекті суреттейді.

 Г сияқты RC сүзгінің есептеуін (2.22) бойынша өткізеді.

,                                                  (2.26)

                                           (2.27)

Бұдан шығады

                                    (2.28)

немесе  тең екенін есепке алып, табамыз

                                                   (2.29)

Бір фазалы екі жарты периодты түзеткіштер үшін m=2

                                                     (2.30)

                                                           (2.31)

 

2.7 Кернеу тұрлауландырғыштар

Көріктендіруші тораптың кернеуі және жүктеме ток өзгерген кезде жүктемеде тұрақты кернеудің шамасын керекті дәлдікпен ұстау үшін, тегістеуші сүзгі және жүктеме арасына кернеу тұрлауландырғышты қосады (2.14 –сурет).

 

2.14 –сурет. Жартылай өткізгіш тұрлауландырғыштың вольт –амперлік сипаттамасы

 

Кернеуді тұрлауландырудың екі әдісі бар: параллелді және қарымталаулық. Бірінші әдісті қолданғанда олар арқылы ток өткен кезде кернеулері тұрақты болатын аспаптарды пайдалану. Мұндай аспаптарға жартылай өткізгіш тұрлауландырғыш жатады. Жартылай өткізгіш тұрлауландырғышта электр тесілу кезде p-n өткелде кері кернеу шамалы өзгеру қасиетін пайдаланады.  Сипаттаманың 1-2 бөлігі жұмыс бөлігі.

Аспаптың басты параметрі U_тес тесілу кернеуге тең U_т тұрлауландыру кернеу. Тұрлауландырғыштың динамикалық кедергісі .

Екінші әдіс –жүктемедегі кернеуді автоматты реттеу.

Параметрлік тұрлауландырғыштың сұлбасы 2.15 –суретте келтірілген. Сұлба R_б балластық кедергіден және Д тұрлауландырғыштан құралады.

Тұрлауландырғыш сүзгісі бар түзеткіштің шығысына қосылады, ал жүктеме тұрлауландырғышына параллелді қосылады.

Көріктендіру тораптың кернеуі өзгергенде немесе R_ж жүктеменің кедергісі өзгергенде U_d кернеу өзгертеді, ал бірақ U_н жүктеме кернеу шамалы өзгереді. Себебі бұл кернеу шамалы өзгерілетін тұраландырғыштың кері кернеуімен белгіленеді (2.14 –сурет).

2.15 –сурет. Параметрлік кернеу тұрлауландырғыштың сұлбасы.

 

Тұраландырғышты есептегенде негізі болып жүктеменің кернеуіне сәйкес, яғни U_Т =U_ж тұраландырғыштың түрін таңдау және жұмыс процесс кезінде өзгеріп тұрған тұраландырғыштың I_m тогы жұмыс бөліктің шетіне шықпауды қамтамасыз ету.

Кернеудің тұраландыруының сапасы көрсеткіші ретінде тұрландыру коэффициенті К_Т қолданылады. Бұл коэффициент қанша есе тұрландырғыштың шығысындағы кернеудің қосылуы оны тудыратын кірісіндегі кернеуден аз екенін көрсетеді:

                                                            (2.32)

Бірнеше түрлендіруден кейін табамыз.

                                                              (3.33)

К_Т=20÷50 шамада болады.

Қарымталаулық тұрлндырғыштардың параметрлары артығырақ үйлесімді болады. Мұндай тұраландырғыштардың жұмысы U_d кіріс кернеуді тапсырған U_ж кернеуімен салыстыруына сүйенеді. Тұраландырғыштың U_Т кернеуі және U_d кіріс кернеудің айырымына тәуелді бұл айырымды төмендету үшін автоматты реттеу орындалады.

2.16 –сурет. Қарымтаулық кернеу

тұрландырғыштың сұлбасы.

 

Тұрландырылған U_Т кернеу Д тұрандырғышта құрылады. Транзистор Т салыстырғыш және реттеуіш ретінде қолданады. Эмиттер –база арасындағы кернеу U_эб= U_Т- U_ж. Егерде U_d кіріс кернеу өссе, онда U_ж шығыс кернеуде өседі. Сондықтан U_эб кернеу азаяды, ал онымен бірге эмиттердің тогы, яғни I_ж  азаяды. Бұл жағдай U_ж кернеуді азайтып бұрынғы қалыпқа дейін келтіреді.

Жүктеменің кедергісі өзгергенде сұлба тап солай жұмыс істейді.  

 

2.8 Диодтарда және транзисторлорда орындалатын қисынды      элементтер.

Қисынды элементтер үзіктік дабылдардың үстінен әртүрлі қисынды операцияларды орындауға пайдаланған. Қисынды микросұлбалар n-p-n түрі бар қоріктену кернеуі E_К>0 транзисторларда орындалады. Мұнда пайдаланатын дабылдардың полярлығы болымды. Жоғары болымды потенциялдың деңгейіне (1) шығысында транзистордың жабық жағдайы сәйкес, ал төмен потенциялдың деңгейіне (0) оның ашық жағдайы сәйкес.

Есептік техниканың сұлбалары қисынды элементтерді қолдану арқылы орындалады.

Қисынды элемент әлде. Қисынды элемент әлденің бірнеше кірісі және жалпы шығысы бар. Оның шартты белгісі 2.17, а –суретте көрсетілген.

          а)                                           б)                                                в)

2.17 –сурет. Қисынды элемент әлде –нің шартты белгісі (а), оның ақиқат кестесі (б) және уақытты диаграммалары.

 

Қисынды элемент әлде қисынды қосу операцияны орындайды:

                                                   (2.34)

мұндағы F –функция; х_1, х_2, ...х_n –аргументтер (айнымалылар, кірістегі екілік дабыл).

2.18 –сурет. Диодтардағы қосынды элемент " әлде " –нің сұлбасы

 

2.19 –сурет. Қисынды қосуды суреттейтін сұлбалар

 

Элемент әлде ең жеңіл диодтар арқылы орындалады (2.18 –сурет). Сәйкес диодтың кірісіне болымды дабыл түскенде диод ашылады, ал шығыста F=1 құрылады. Кіріс дабылдары нөлге тең диодтарға кері кернеу ынта салынады, сол себептен олар жабық жағдайда болады.

Екі кірісі бар "әлде" элементтің үлгісі ретінде екі параллелді қосылған кілті бар сұлбаны пайдалануға болады.  (2.19 –сурет).

 

Қисынды элемент және

Және қисынды элементтің де бірнеше кірісі және бір шығысы бар. Оның шартты белгісі 2.20 –суретте көрсетілген.

 

2.20 –сурет. Қисынды элемент және –нің шартты белгісі (а), оның  ақиқат кестесі (б) және уақытты диаграммалар (в).

 

Қисынды элемент ЖӘНЕ қисынды көбейту операцияны орындайды:

                                                   (2.35)

Мұнда F функция нөлге тең егерде ең кемінде бір аргумент нөлге тең болған кезде.

Екі кірісі бар қисынды элемент ЖӘНЕ элементтің жұмысын ақиқат кесте және уақытты диаграммалар суреттейді (2.20, б,в –сурет).

Сұлбаның шығысында дабыл “1” барлық кірісінде дабыл “1” болғанда шығады.

Екі кірісі бар және элементтің үлгісі ретінде екі тізбектеп қосылған кілті бар сұлбаны пайдалануға болады (2.22 –сурет).

Диодтарда жасалған ЖӘНЕ элементтің сұлбасы 2.21 –суретте келтірілген.

2.21 –сурет. Диодтардағы қисынды элементЖӘНЕ –нің сұлбасы.

2.22 –сурет. Қисынды көбейтуді суреттейтін сұлбалар.

 

Сұлба келесі түрде жұмыс істейді. Барлық кіріс дабылдар “1” тең кезде диодтардың катодтарында болымды потенциал пайда болады да, барлық диодтар жабық. Сұлбаның шығысында F=1 белгілейтін кернеу  құрылады. Ең кемінде сәйкесті диодтың кірісінде  “0” дабыл болғанда сол диод ашылады да резистор R₂ шунттайды (параллельді қосылады). Сұлбаның шығысында F=0 тең болады. 2.21 –суретте х₁=0, диод Д₁ токты өткізіп тұрған нұсқа көрсетілген.

 

Қисынды элемент ЕМЕС

Қисынды элемент ЕМЕС бір кірісі, бір шығысы бар элемент. Оның шартты белгісі 2.23 –суретте көрсетілген.

 

2.23 –сурет. Қисынды ЕМЕС элементтің шартты белгісі (а), оның ақиқат белгісі (б) және уақытты диаграммалары (в).

 

Қисынды элемент ЕМЕС мойындамау операцияны орындайды:

                                                             (2.36)

Кірісте х=0 кезде шығыстағы F=1, және кері, х=1 кезде F=0 сәйкес болады.

Қисынды элемент ЕМЕС жұмысын ақиқат кесте және уақытты диаграммалар суреттейді (2.23, б,в –сурет).

Қисынды элемент ЕМЕС транзисторда жиналған сұлба (2.24 –сурет). х=0 (U_кір=0) кезде транзистор жабық кернеу U_кэ=Е_к , яғни F=1.  х=1 (U_кір=1) кезде транзистор ашық U_кэ=0, яғни F=0.

 

2.24 –сурет. ЕМЕС қисынды элементтің сұлбасы

 

Қисынды элемент ӘЛДЕ-ЕМЕС

ӘЛДЕ-ЕМЕС қисынды элементтің шартты белгісі 2.25, а –суретте көрсетілген. 2.25, б –суреттегі көрсетілген операцияларды өткізу кезегімен ол ӘЛДЕ және ЕМЕС элементтерді біріктіреді.

0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

                                                 а)

           

                               б)                                                                                 в)

2.25 сурет – Қисынды ӘЛДЕ-ЕМЕС элементтің шартты белгісі (а), оның ақиқат кестесі (б)

 

Бұған байланысты, кіріс дабыл «1» тең кезде шығыста «0» дабыл пайда болады, ал барлық кірістерде «0» дабыл кезде шығыста «1» дабыл пайда болады. Екі кірісі бар ӘЛДЕ-ЕМЕС элемент үшін 2.25 в)-суретте келтірілген ақиқат кесте көрсетіп тұр.

ӘЛДЕ-ЕМЕС элементпен орындалатын операция  (n кіріс бар кезде) келесі кейіптемемен белгіленеді:

                                                                        (2.37)

   

а)                                            б)

2.26 сурет - ӘЛДЕ-ЕМЕС қисынды элементтің сұлбасы (а) және оның уақытты диаграммалары (б)

 

2.26, а –суретте ӘЛДЕ-ЕМЕС элементтің тізбектеп қосылған ӘЛДЕ және ЕМЕС элементтерден құралған сұлба келтірілген элементтің жұмысы диаграммалардан белгілі болып тұр.

 

Қисынды элемент ЖӘНЕ-ЕМЕС

ЖӘНЕ-ЕМЕС қисынды элементтің шартты белгісі 2.27, а –суретте көрсетілген. Оның балама құрылымды сұлбасы 2.27, б –суретте келтірілген.

                               а)                                                                        б)

2.27 сурет – ЖӘНЕ-ЕМЕС қисынды элементтің шартты белгісі (а), оның функционалды баламасы (б) және ақиқат кестесі (в)

 

Барлық кірісте «1» дабылға элементтің шығысында «0» дабыл сәйкес. Элементтің бір кірісінде «0» дабыл болғанда шығысында «1» дабыл пайда болады. Екі кірісі бар ЖӘНЕ-ЕМЕС элемент үшін айтылған жағдай ақиқат кестеде көрсетілген. n кірісі бар ЖӘНЕ-ЕМЕС элементтің қисынды функциясы мынау кейіптемемен белгіленеді:

                                                                                    (2.38)

2.28, а –суретте ЖӘНЕ-ЕМЕС қисынды элементтің сұлбасы келтірілген

Қисынды элементтің жұмысын уақытты диаграммалар суреттейді (2.28, б –сурет).

Д₁ және Д₂ диодтардың кірісінде «1» дабыл кезде диодтар жабық. Сұлбада + Е_к – R_б - Д  тізбек құрылады да, ол арқылы транзистордың    базалық тоғы ағады. Транзистор ашық және қаныққан, F=0.

Кірістің бірінде «0» дабыл пайда болғанда (мысал x₁) бұл кірістің диоды Д₁  ашылады. Енді ток ашық диод Д₁ және «0» дабылдың көзі арқылы ағады. Тізбек Д-эмиттерлік өткел шунтталып қалады. Транзистордың база тоғы нөлге тең болады, транзистор жабық, F=1.

                    а)                                                                 б)

2.28 сурет – ЖӘНЕ-ЕМЕС қисынды элементтің сұлбасы (а) және оның уақытты диаграммалары

 

Құрама қисынды элементтер

Бұрынғы қаралған қисынды элементтердің құрамында орындалған және күрделі қисынды операцияларды орындауға арналған қисынды элементтер бар. Мұндай қисынды элемент және оның орындайтын функциялары 2.29 суретте келтірілген.

                            а)                                       б)

2.29 сурет – Қисынды элемент 2ЖӘНЕ-ӘЛДЕ-ЕМЕС (а) және функционалды элементі (б)

 

2.29 суретте 2 ЖӘНЕ-ӘЛДЕ-ЕМЕС қисынды элемент келтірілген. Оның жұмысын функционалды сұлба түсіндіріп тұр (2.29 б –сурет).

 

 

 

 

Үшінші тарау

Күшейткіштер

3.1 Жалпы мәліметтер және күшейткіштерді топтастыру

Сыртқы тізбектен қажетті энергияны тұтыну арқылы электр дабылдық (кернеудің, токтың, қуаттың) параметрлерін үлкейтуге арналған құрылғы күшейткіш деп аталады. Күшейткішті басқару процесі үздіксіз, ырғақты және мәндес болу керек.

Күшейтетін дабылдардың түрі бойынша күшейткіштер гармоникалы және серпінді дабылдардың күшейткішіне бөлінеді.

Уақыт бойынша күшейтілетін дабылдарының өзгеру мінезі бойынша күшейткіштер тұрақты және айнымалы ток күшейткіштеріне бөлінеді.

Жүктеменің түріне және тағайындауына қарай кернеудің, токтың және қуаттың күшейткіштеріне бөлінеді.

Беріліс коэффициенті –шығыс дабылдың кіріс дабылға қатынасы.

Күшейткіштің негізгі параметрлеріне жатады:

а) кернеу бойынша күшейту коэффициенті  

б) ток бойынша күшейту коэффициенті

в) қуат бойынша күшейту коэффициенті

жұмыс ережелері бойынша барлық күшейткіштерді екі топқа бөлінеді –сызықты және сызықты емес.

Сызықты ережесі бар күшейткіштерге шығысындағы дабылдың түрі кіріс дабылдың түріне жақын күшейткіштер жатады.

Сызықты емес ережесі бар күшейткіштерде шығыс және кіріс дабылдардың арасындағы сәйкестік жоқ. Кіріс дабылдың мәні кейбір шамаға жеткенде, оның үлкендеуі шығыстағы дабылды өзгертпейді. Мұндағы күшейткіштер кіріс синусоидалы дабылды шығыс серпінді дабылға түрлендіру үшін қолданылады.

Кернеу және ток бойынша күшейткіштер шамамен және фазамен сипатталатын комплекстік шама, оған себеп болатын –кіріс және шығыс кедергілер реактивтік элемент болғандықтан.

Рұқсат етілетін ең үлкен кіріс кернеудің оның рұқсат етілетін ең аз кернеудің шамасына динамикалық аралық деп аталады.

                                                           (3.2)

Күшейткіштің шығыс қуаты номиналды шығыс қуатпен сипатталады. Ол есептелген жүктемеге жұмыс істеген кездегі қуат.

Күшейткіштің пайдалы әрекет коэффициенті –жүктемеге берілетін қуаттың қоріктену көзінен тұтынатын барлық қуатқа қатынасы:

                                                           (3.3)

Күшейткіштің амплитудалы –жиіліктік сипаттамасы –күшейту коэффициентінің шамасының кіріс дабылдың жиілігінен тәуелділігі (3.1, а -сурет).

Күшейткіштің фазалы –жиіліктік сипаттама кіріс және шығыс кернеулерінің арасындағы ығысу бұрыштың жиіліктен тәуелділігі (3.1, а -сурет).

Күшейткіштің амплитудалық сипаттамасы –шығыс кернеудің бірінші гармоникасының амплитудалық шамасының синусоидалы кіріс кернеудің амплитудасынан тәуелділігі (3.1, в  -сурет).

 

а)                                              б)                                                   в)          

3.1 сурет. Күшейткіштің амплитудалы –жиіліктік (а), фазалы -жиіліктік (б) және амплитудалық (в) сипаттамалары.

 

Жиілік бұрмалау –күшейткіштің сұлбаларында реактивтік элементтердің (индуктивтік орауыштар және конденсаторлар) болуынан әртүрлі жиіліктерде әртүрлі күшейту дәрежесімен қоздырылатын бұрмаулар.

Сызықсыз бұрмалаулар күшейткіштердің элементтерінің вольт –амперлік сипаттамаларының сызықсыздығынан пайдалы болады, күшейтілетін дабылдың түрінен байкалады.

Қазіргі уақытта барлық күшейту техникасы сызықты интегралды микросұлбаларда болады.

 

3.2 Транзисторлық күшейту каскадтар

Күшейту каскадтарды құру негізі

Күшейткіштердің көбісі бірнеше сатыдан құрылады (3.2 –сурет). Олар жүйелі дабылды күшейтуді орындайды және каскад деп аталады.

3.2 –сурет. Үш каскадты күшейткіштің құрылым сұлбасы.

 

Көп каскадты күшейткіш үшін жалпы күшейткіш коэффициент:

                                              (3.4)

Мұндағы күшейткіште каскадтардың саны талап етілетін   күшейту коэффициенттердің мәндеріне тәуелді.

Орындалатын жұмыстарына қарай күшейткіш каскадтар алдыңғы күшейту каскадтарға және шығыс каскадтарға бөлінеді. Алдыңғы күшейту каскадтар дабылдық деңгейін үлкейтуге (кернеу бойынша), ал шығыс каскадтар –жүктемеде керекті токты немесе қуатты алуға тағайындалған.

Күшейткіш каскадтардың сұлбалары әртүрлі болады.

Каскадтың негізі элементтері –басқарылатын элемент БЭ (транзистор) және резистор R. Қоректендіру кернеу  бірге олар каскадтың кіріс тізбегін құрады. (3.3 –сурет). Күшейтетін дабыл  басқару элементтің кірісіне беріледі. Шығыс дабыл  басқару элементтің шығысынан немесе резистор  R –ден алынады.

 

а)                                                                              б)

3.3–сурет. Күшейту каскадты құрудың негізі (а) және уақытты диаграммалары.

 

 кіріс кернеу  әсерімен басқару элементтің кедергісі өзгерген нәтижесінде, яғни ток i шығыс тізбекте өзгергенде құрылады.

Күшейту процесс –кіріс дабылды тапсырылған заң бойынша басқару элементтің кедергісі өзгеру арқылы Е тұрақты кернеудің көзінің энергиясын шығыс тізбектегі айнымалы кернеудің энергиясына түрлендіру.

Қоріктендіру үшін тұрақты кернеудің көзі қолданғандықтан каскадтың шығыс тізбегіндегі ток i бір бағытта болады (3.3, а –сурет).

Шығыс тізбектің айнымалы тогы және кернеуі (кіріс дабыл тогына және кернеуіне пропорционалды) қосынды токтың және кернеудің  және тұрақты құрастырушыларына салынатын айнымалы құрастырушылары болады (3.3, а –сурет).

Тұрақты және айнымалы құрастырушылардың арасында мынадай байланыс болу керек  және  (мұндағы  және  -айнымалы құрастырушылардың амплитудалары). Егерде бұл жағдай орындалмаса, онда шығыс тізбектегі i ток кейбір аралықта нөлге тең болады да, шығыс дабылдың түрі бұрмаланады.

Сонымен, күшейткіш каскадтың жұмысын қамтамасыз ету үшін  оның шығысында және  тұрақты құрастырушыларын құру керек. Ол үшін кіріс тізбекке күшейтіліп жатқан дабылдан басқа сәйкесті   тұрақты кернеуді (немесе токты) беру керек.

Токтың және кернеудің тұрақты құрастырушылары күшейткіш каскадтын тыным ережесін белгілейді. 

Кіріс тізбек бойынша (,) және шығыс тізбек бойынша (,) тыным ереженің параметрлері кіріс дабыл жоқ кезде сұлбаның электр күйін сипаттайды.

Басқару элементтің жұмысын орындайтын транзистордың көрсеткіштері қосу әдісінен тәуелді.

Сол себептен, транзисторлы күшейткіш каскадтардың жұмысын үш әдісті қосу үшін қаралады: ортақ эмиттерлі (ОЭ), ортақ коллекторлы (ОК) және ортақ базалы (ОБ).

 

Ортақ эмиттерлі күшейткіш каскад

3.4–сурет ОЭ күшейткіш каскад

 

Сұлбаның негізгі элементтері –қоріктендіру көз  транзистор Т және резистор .

Бұл элементтер күшейткіш каскадтың басты тізбегін құрады. Тізбекте база тізбегі бойынша басқарылатын коллекторлық ток ағып сұлбаның шығысында күшейген айнымалы кернеу құрайды.

Каскадтың қалған элементтері көмекші есебінде болады.  және  конденсаторлар бөлгіш болады.  конденсатор каскадтың кіріс тізбегін кіріс дабылдың тізбегімен тұрақты ток бойынша шунттаудан қорғайды, ал  конденсатор жүктемеге кернеудің айнымалы құрастырушысын өткізіп, тұрақты құрастырушысын жібермеуге қойылған.

 резисторлар каскадтың тыныш ережесін құруға пайдаланады

3.5 –сурет Каскадтың шығыс (а) және кіріс (б) сипаттамалары

Транзисторлық күшейткіш каскадты есептеу

Бастапқы мәліметтер: қоріктендіру көздің кернеуі ; жүктеменің кедергісі ; каскадтың шығысындағы кернеу ; каскадтың жиілік бұрмалану коэффициент ; төменгі шекаралық жиілік .

Белгілеуге: транзистордың түрі; транзитордың жұмыс ережесін;  -коллекторлық жүктеменің кедергісін; -эмиттердің тізбегіндегі кедергіні;  және  кернеу бөлгіштің кедергілерін;  -бөлгіш конденсатордың сиымдылығын;  -эмиттердің тізбегіндегі конденсатордың сиымдылығын; каскадтң күшейту коэффициенттерін жатқызады.

1.     Транзистордың түрін таңдау

                                                                               (3.1)

мұнда  -коллектор және эмиттер арасындағы рұқсат етілетін ең үлкен кернеу.

                                                    (3.2)

мұнда -жүктеме тогы, -рұқсат етілетін коллектордың ең үлкен тоғы.

 және  бойынша транзистордың түрін таңдаймыз. Анықтағыштан -ток бойынша күшейту коэффициенттерді аламыз.

2.     Жүктемелік тұра сызықты салу үшін жұмыс нүктені (“0” нүктені) табамыз. Ол үшін тыным токты және тыным кернеуді кіріс кернеу  кезде табамыз:

                                                            (3.3)

                                                         (3.4)

Жүктемелік тура сызықтың екінші нүктесі .

3.     Статикалық шығыс сипаттамалар және жүктемелік тура сызық бойынша ток -ді  (жүктемелік тұра сызықтың ток  білігімен С нүктеде қиылысқан жерде).

Енді  және кедергілерді анықтаймыз.

Эмиттер –коллектор тізбектің жалпы кедергісі

                                                       (3.5)

                                

4.     Кіріс токтың және кернеудің ең үлкен амплитудалық мәндерін белгілейміз. Олар  мәнін қамтамасыз етеді.

 [сипаттаманың тұра сызықты болып басталатын жеріне дейін].

          .  А нүктеге сәйкес

Кіріс статикалық сипаттама бойынша (4.3 –сурет)

 (Е нүктеге сәйкес),  (К нүктеге сәйкес).

5.     Айнымалы токқа транзистордың кіріс кедергісі тең

             

6.     Кернеу бөлгіштің кедергілерін табамыз

                

7.     Сұлбаның тұрақтылығын анықтаймыз

                

8.     Бөлгіш конденсатордың сыйымдылығын табамыз

                

9.     Эмиттер тізбегіндегі конденсатордың сыйымдылығы

                

10. Кернеу бойынша күшейту коэффициенті

               

 

Фазаөзгерткіш каскад

                               а)

3.6 –сурет. Фазаөзгерткіш каскадтың сұлбасы (а) және оның уақытта диаграммалары (б,в,г).

Фазаөзгерткіш каскад (жүктемесі бөлінген каскад) фаза бойынша 180⁰ ығысқан екі шығыс дабылдарды алуға арналған. Оның сұлбасы 3.6, а –суретте келтірілген. Ол ортақ эмиттері бар сұлбадан конденсаторды ажыратып, екінші жүктемені  арқылы қосу алынады. Шығыс дабылдар транзистордың коллектордан және эмиттерден түсіріледі.  дабыл эмиттерден түсіріледі де, ол фаза ойынша кіріс дабылмен дәл түседі (3.6, б,в –сурет), ал  дабыл коллекторден түсіріледі де кіріс дабылмен фаза бойынша 180⁰ ығысады (3.6, г –сурет).

Фазаөзгерткіш каскадтың көрсеткіштерін қарап шығайық. Каскадтың шығыс кедергісі

                                                 (3.6)

Кернеу бойынша бірінші шығыстық күшейту коэффициенті

                                                 (3.7)

Кернеу бойынша екінші шығыстың күшейту коэффициенті

                                             (3.8)

Каскадтың екі шығысы бойынша күшейту коэффициенттері әртүрлі болады. Олар ,, және  қатынастарына тәуелді. Егер теңдік  орындалса, онда күшейту коэффициенттер бірдей болады.

 

3.3 Қуат күшейту каскадтары

 

Қуат күшейу каскадтары шығыс (аяққы) каскадтар болады. Олар жүктемеден керекті қуат алуға арналған.

Қуат күшейту каскадтар әртүрлі болады. Олар биполярлы және өрістік транзисторлар арқылы орындалады, ОЭ, ОХ және ОБ сұлба бойынша қосылған. Жүктемеге қосылу әдісі бойынша трансформаторлы және трансформаторсыз болады.

Қуат күшейткіштерде күшейтудің үш класстары бар: А класс, Б класс және АВ класс. Олардың бір –бірінен айырмашылығы  орналасқан орнында.

А класс ережеде О_А тыным нүктені таңдаған кезде жұмыс нүкте жүктемелік сызықпен қозғалып жатқанда шығыс сипаттаманың сызықсыз басты саласына кірмейтіндей етіп таңдау керек, яғни шығыс дабылдық бұрмалау саласына.

А класс ереже бірырғақты қуат күшейту каскадтарда қолданылады.

3.7 –сурет А, В және АВ ережелерде транзистордың шығыс сипаттамаларында тыным нүктелердің орналасуы.

 

А класс қуат күшейту каскадтары шығыс дабылдың ең аз сызықсыз бұрмалануын қамтамасыз етеді, бірақ ПӘК төмен болады (35%-45% шамада)

В класс ережеде О_В тыным нүкте жүктемелік сызықтық оң жақ шетіне орналасады (3.7 –сурет). Тыным ережеге кернеу  сәйкес. Кіріс дабыл бар кезде транзистордың коллектор тогы біржарты период аралықта ағады. В класс ережеде қуат күшейткіш екі транзистор қолданып екі ырғақты сұлба бойынша орындайды. Әрбір транзистор кіріс дабылдың сәйкесті жарты толқынын күшейтуге арналады. Бұл жағдайда ПӘК өседі.

АВ класс ережесі А және В класс ережелерінің аралығында болады.

 

А класстағы қуат күшейткіш

  

               а)                                                                            б)

3.8 –сурет. А класстағы қуат күшейткіштің сұлбасы (а) және каскадты есептеу үшін сурет құрылыстары (б).

 

А класстағы қуат күшейткіштің сұлбасы 3.8, а –суретте көрсетілген. Қуат шығындарды азайту үшін  қоймайды, яғни . Есептеу кезде шығыс қуат  және кедергі  беріледі.

Айнымалы ток бойынша каскадтық жүктемелік сызықтың еңкеюін белгілеу үшін трансформатордың  трансформация коэффициентін белгілеу керек.

Коллекторлық тізбектегі қуат және жүктемеге берілетін қуат былай байланысқан

                                                            (3.9)

мұнда -трансформатордың ПӘК (0,8-0,9)

 қуат  және параметрлерімен былай байланысқан

                                                  (2.10)

Бұдан трансформация коэффициенті

                                                (3.11)

 кернеудің таңдауын мәні бойынша тең өткізеді

Ток                                                                                           (2.12)

Транзистордың тыным нүктесін тапқаннан кейін ол арқылы бұрыш

Транзистордың түрін таңдаған кезде келесі жағдайлар орындалу керек:

                                           (2.13)

 

В класстағы қуат күшейткіш

 

Трансформаторлық байланысы бар екі ырғақты қуат күшейткіштің сұлбасы 3.9 –суретте көрсетілген. Сұлба Т₁ және Т₂ транзисторларда орындалған. Жүктеме каскадта шығыс трансформатор Тр₂ арқылы қосылады. Т₁ транзистордың коллекторлық тізбегі трансформатордың бірінші орамасының W_2-1 біріншілік секциясына, ал Т₂ транзистордың –W_2-2 екіншілік секциясына қосылады. Біріншілік және екіншілік орамаларының орам санының қатынасы трансформация коэффициентті белгілейді . Трансформация коэффициенті  тең трансформатор Тр₁ каскадтың кіріс трансформатор ретінде болады.  Т₁ және Т₂ транзисторлардың базалық тізбектеріне кіріс дабылды беруді қамтамасыз етеді.

Кіріс дабыл жоқта екі транзистордың базаларында кернеу нөлге тең. Күшейткіштің тогы нолге тең, жүктемедегі кернеу де нөлге тең. Әрбір транзистордың коллекторына эмиттерге қарай  Е_к кернеу ынта салынған.

 

      

                   а)                                                                    б)

3.9 –сурет. Екі ырғақты қуат күшейткіштің сұлбасы (а) және оның сызбалы есептеуі (б).

 

Кіріс дабылды берген кезде (болымды жарты толқыннан басталады) Тр₁ трансформатордың W_1-2 екіншілік орамасында орамалардың ортақ нүктесіне қарай теріс жарты толқын, ал W_2-2 екіншілік орамасында –болымды жарты толқын. Нәтижесінде Т₂ транзистор жабық болып қала береді, ал Т₁ транзистордың кіріс тізбегі арқылы базалық ток  ағады, ал W_2-1 ормада кернеу  құрылады. Жүктемеде кернеу  болымды жарты толқыны.

Каскадтың кірісіне кернеудің теріс жарты толқыны түскен кезде кіріс трансформатордың екіншілік орамаларындағы кернеудің полярлығы керіге ауысады. Енді Т₁ транзистор жабық, ал дабылды күшейтуде Т₂ транзистор қатысады. Тр₂ трансформатордың W_2-2 орамасында ток аққанда шамасы сонда кернеу құрылады.  жүктемелік орамаға бұл кернеу кері полярлықпен трансформацияланады. Жүктемеге кернеудің кері жарты толқыны әсер етеді.

Сонымен, кіріс дабылдың күшейту процесі сұлба жұмысының екі ырғағымен өтеді. Бірінші ырғақ кезінде бірінші транзистордың қатысымен кернеудің бір жарты толқыны күшейеді, екінші ырғақ –екінші транзистордың қатысуымен екінші жарты толқын күшейеді.

Шығыс дабылдың қуаты шығыс трансформатордың біріншілік орамасына түседі, оның шамасы штрихталған АОВ үшбұрыштың көлемімен белгіленеді

                                                             (2.14)

Трансформатор ішіндегі шығындарды есепке алып жүктемедегі қуат

                                                                  (2.15)

Қоріктену көзінен каскадтың тұтынатын қуаты

                                                                     (2.16)

Каскадтың пайдалы әрекет коэффициенті

                                                                  (2.17)

Екі ырғақты қуат күшейткіш ПӘК –ті 0.6-0.7, яғни бір ырғақты қуат күшейткіштің ПӘК –інен 1,5 есе үлкен.

Транзисторда кері кернеудің максималды шамасы 2Е_к тең. Кернеу бойынша осы шамаға қарай транзисторды таңдайды. Ток бойынша транзистордың I_кт токтың шамасына қарай таңдайды. Бұған байланысты бір түрлі транзисторлар қолданған кезде екі ырғақты каскад бір ырғақтыға қарағанда жүктемеде үлкендеу қуатты қамтамасыз етеді.

Екі ырғақты каскадтарда трансформаторлар жоқ сұлба бойынша орындалады. Мәселен транзисторларды сұлбаға тізбектеп қосады (3.10 –сурет)

Жүктемені каскадтың шығысына қосудың екі әдісі бар, ал оған сәйкесті сұлбаны қоріктендірудің екі әдісі болады.

  

3.10 –сурет. Трансформаторсыз екі ырғақты күшейткіштердің сұлбалары: екі көзден қоріктенетін (а) және бір көзден қоріктенетін (б).

 

Бірінші әдіс бойынша каскадты (3.10, а –сурет) ортақ нүктесі бар Е_к1 және Е_к2 екі көзден қоріктендіреді, ал жүктемені транзисторлардың эмиттермен коллектордың қосылған нүктесі және қоректендіру көздердің ортақ нүктесі арасына қосады. Транзисторлар фазаөзгерткіш каскадтың көмегімен құрылатын  және  екі кіріс дабылдармен басқарылады. Бірінші ырғақ кезде кернеудің  теріс жарты толқынын күшейтетін Т₁ транзистор қатысады, ал транзистор  Т₂  кернеудің болымды жарты толқынымен бекітіліп тұрады. Екінші ырғақ кезде Т₂ транзистордың қатынасымен дабылдың екінші жарты толқыны күшейеді, ал Т₁ транзистор жабық болады.

Екінші әдіс кезінде (3.10, б –сурет) жүктемені қосу және каскадтарды қоріктендіру 3.10, а –суреттегі сұлбадай. Айырмашылығы транзистордың түрінде: біреуі p-n-p, екіншісі n-p-n түрде қолданады. Бұл жағдайда екі кері фазалық кіріс дабылдардың қажеттігі жоқ. Дабылдың болымды жарты толқыны кезде күшейтуде  Т₁ транзистор қатысады, ал Т₂ транзистор жабық болады. Теріс жарты толқын кезде күшейтуде Т₂ транзистор қатысады, ал Т₁транзистор жабық болады.

 

3.4 Кері байланысы бар күшейткіштер.

 

Күшейткіштерде кері байланыс деп шығыс тізбектен дабылды кіріс тізбекке берілетін құбылысты айтады. Бұл берілісті қамтамасыз ететін тізбектер кері байланыс тізбектер деп аталады. Кері байланыс (КБ) бар күшейткіштің құрылым сұлбасы 3.11 –суретте келтірілген.

3.11 –сурет. Кері байланысы бар күшейткіштің құрылым сұлбасы: 1 –күшейткіш; 2 –кері байланыстың тізбегі.

Кері байланыстың тізбегі беріліс коэффициентпен  сипатталады. Күшейткіштерде әртүрлі кері байланыстар қолданылады. Кері байланысты құруға қолданатын шығыс дабылдың (кернеудің, токтың) параметрінен және күшейткіштің кірісіне беріліс әдістен кері байланыстың түрі тәуелді. Егерде шығыс дабылдың параметрін күшейткіштің шығыс кернеуі болса, онда күшейткіште кернеу бойынша кері байланыс, егерде шығыс тізбектің тогы болса –ток бойынша кері байланыс.

Кері байланыстың шығысынан дабылды күшейткіштің кіріс дабылымен тізбектеп берген кезде кері байланысты тізбекті деп атайды, ал егерде параллелді берілсе –параллелді деп атайды.

Тізбекті кері байланыс күшейткіштің  кіріс кернеуіне, ал параллелді кері байланыс күшейткіштің  кіріс тоғына әсер етеді.

Кері байланыстың әсері күшейткіштің кірісіндегі дабылды не үлкейтеді, не азайтады. Бірінші жағдайда кері байланысты болымды, ал екінші жағдайда теріс деп атайды.

Күшейткіштің көрсеткіштеріне кері байланыстың ықпалын тізбекті кері байланыс сұлбаның мысалында қарастырайық (3.12,а –сурет).

Кері байланыс бар кезде күшейткіштің  күшейту коэффициентін белгілейік, ол үшін күшейткіштің  кернеуін  кіріс кернеу және  кері байланыс кернеу арқылы көрсетейік

                                                      (2.18)

(2.18) көріністің сол және оң бөліктерін  күшейткіштің шығыс кернеуіне бөліп табамыз

, немесе                       (2.19)

 

 

                                  a)                                                                 б)

                                                                 в)

3.12 –сурет. Кері байланыстардың түрлері: кернеу бойынша тізбекті кері байланыс (а), ток бойынша тізбекті кері байланыс (б), кернеу бойынша параллельді кері байланыс (в).

 

 (2.19) кейіптемеден кері байланысы бар күшейткіштің күшейту коэффициентті есептейтін ара қатынасты табамыз:

                                                  (2.20)

(2.20) көрініс бойынша 1<>0  кері байланысы бар күшейткіштің  күшейту коэффициенті күшейткіштің өздік К_u күшейту коэффициентінен үлкен болады. Бұл жағдай болымды кері байланысқа сәйкесті болады,  кернеу күшейткіштің кірісіне  кіріс кернеумен фазасы бірдей болып беріледі, ал сол себептен . Болымды кері байланысы бар күшейткіштің шығыс кернеуі , сондықтан .

Болымды кері байланысы бар кезде >1 жағдай өздік қоздыруды тудырады, ал бұл қажетсіз оқиға.  кезде

                                            (2.21)

Бұл жағдай теріс кері байланысқа сәйкес болады,  кернеу күшейткіштің кірісіне  кіріс кернеуге қарсы фазада беріледі, ал сол себептен . Сонымен, теріс кері  байланысы бар күшейткіштің күшейту коэффициенті кері байланысы жоқ күшейткіштің  күшейту коэффициентінен кіші болады.

Температура өзгеруіне тәуелді транзисторлардың параметрлері өзгеріп күшейткіштің күшейту коэффициентінің тұрақтылығын сақтау керек. Бұл жағдайда кері байланыс пайдалы болады.

Салыстырмалы күшейту коэффициенттерінің өзгеруі

                                               (2.22)

(2.22) көріністен шығады: кері байланысы бар күшейткіш күшейту коэффициентінің салыстырмалы өзгеруі кері байланысы жоқ күшейткіштің күшейту коэффициентінен  есе кіші болады. Мысалы, егерде күшейткіштің күшейту коэффициентінің салыстырмалы өзгеруі  және болса, онда кері байланысы бар күшейткіштің күшейту коэффициентінің салыстырмалы өзгеруі 0,2% ғана болады. Кері байланыстың барлық түрлері күшейткіштің күшейту коэффициентін тұрақтандырады. Осы себептер үшін көбінесе күшейткіштерде теріс кері байланыс қолданады.

 

3.5 Операциялық күшейткіштер

 

Операциялық күшейткіштер деп (ОК) ұқсастық шамалардың үстіне, теріс кері байланыс сұлбада жұмыс істеген кезде, әртүрлі операцияларды орындауға тағайындалған жоғары сапалы тұрақты токтың күшейткішін (ТТК) айтады. ОК екі кіріс және отрақ шығыс шықпалары бар.

ОК шартты белгілеу 3.13 –суретте келтірілген.

3.13 –сурет. Электронды сұлбаларда ОК белгілеу

 

ОК бір кірісі (”+”) инверторлық емес деп және екінші кіріс (U_кір.и”-”) инверторлық деп аталады. Инветорлық емес кіріске дабыл түскенде шығыс дабылдың өсімшесі фаза бойынша кіріс дабылдың өсімшесімен біртектес. Егерде дабыл инвенторлық кіріске түсетін болса, онда шығыс дабылдың өсімшесі фаза бойынша кіріс дабылдың өсімшесіне кері фазада болады. Инвенторлық кірісті өте жай сыртқы теріс кері байланысты операциялық күшейткішке кіргізу үшін қолданады.

ОК негізін дифференциалды каскад, ол күшейткіштің кіріс каскад ретінде қолданады. ОК шығыс каскад ретінде эмиттерлік қайталанғыш (ЭҚ) қолданылады. ЭҚ барлық сұлбаның талап ететін жүктемелік қабілетін қамтамасыз етеді.

Талап ететін  күшейту коэффициентінің мәніне қарай ОК екі және үшкаскадты болады.

Үшкаскадты ОК ұстанымдық сұлбасы 3.14 –суретте келтірілген. Сұлбаны кернеулері бірдей +Е_к1 және –Е_к2 екі көз арқылы орындалады.

3.14 –сурет. Операциялық күшейткіштің ұстанымдық сұлбасы.

 

Күшейткіш кіріс каскад Т₁ және Т₂ транзисторларда дифференциалды сұлба бойынша орындалған екінші каскадтың кірістерімен, сол сияқты дифференциялды сұлба бойынша қосылған. Үшінші күшейткіш каскад Т₅ , Т₆  транзисторларда орындалған. Оның шығысы шығыс эмиттерл ік қайталанғыш орындалған Т₇ транзистордың кірісімен байланысқан.

ОК кіріс кернеулері  кезде ОК шығысындағы .

Егерде кіріс дабылдың әсерімен Т₄ транзистордың коллекторында үлкейсе (болымды жарты толқын), онда Т₅ транзистордың I_б, I_э токтары үлкейеді. Бұл жағдай Т₇ транзистордың I_б, I_э токтарын үлкейтеді. R₁₁ резистордағы кернеу үлкейеді. Күшейткіштің шығысында болымды полярлығы бар  құрылады. (3.14 –суретте жақшасыз көрсетілген).

Т₄ транзистордың коллекторында кернеу азайғанда Т₅ және Т₇ транзисторлардың токтары азаяды. Бұл жағдай Т₇ транзистордың база және эмиттердің потенциалдарын –Е_к2 шинаға қарай төмендеуіне келтіреді де күшейткіштің шығысында теріс полярлығы бар кернеу пайда болады (3.14 –суретте жақшамен көрсетілген).

Теріс полярлық шығыс кернеу , ал болымды полярлық шығыс  тең болады.

ОК маңызды сипаттамаларына амплитудалық (беріліс) сипаттамалар жатады (3.15 –сурет). Оларда сәйкесті инверторлық және инверторлық емес екі қисық көрсетеді.

3.15 –сурет. ОК беріліс сипаттамалары

 

Сипаттамаларды дабылды бір кіріске беріп екінші кірісті дабылды нөлге тең қылады. Әрбір қисық көлденең және еңкейген бөліктерден құрылады. Көлденең бөліктер шығыс каскадтың (эмиттерлік қайталанғыштың) толық ашық не жабық ережеге сәйкес болады. Бұл бөліктерде кіріс дабылдың кернеуі өзгергенде күшейткіштің шығыс кернеуі өзгермейді және ,  кернеулермен белгіленеді. Көрсетілген шамалар қоріктену көздердің Е_к кернеуіне жақын.

Еңкейген бөлікке шығыс кернеудің кіріс кернеуіне пропорционалды тәуелділік сәйкес. Еңкею бұрышқа операциялық күшейткіштің  күшейту коэффициентімен белгіленеді.  шамалары ОК түрінен тәуелді болады. Ол бірнеше жүзден бірнеше мыңға және одан жоғары болады.

Тәріздестік сұлбаларда кең пайдалануы оларда әртүрлі теріс кері байланыстарды қолданумен байланысты. Бұған себепші болатын операциялық күшейткіште  күшейту коэффициенттің үлкендігі, кіріс кедергінің үлкендігі және шығыс кедергінің шамалы болғаны. Қазіргі уақыттағы жоғары сапалы операциялық күшейткіштердің ,  және  тең деп алуға рұқсат етеді.

 

Инверторлық күшейткіш                         

3.16 –сурет. Инверторлық күшейткіштің сұлбасы.

Шығыс дабылдың таңбасын кіріс дабылдың таңбасына қарай керіге айландыратын инверторлық күшейткіш ОК инверторлық кірісіне R_кδ резистор арқылы параллелді теріс кері байланысты кіргізумен орындалады.

Инверторлық емес кіріс сұлбаның кіріс және шығыс ортақ түйінімен байланысты (жерленеді). Кіріс дабыл R₁  резистор арқылы ОК –тің инвенторлық кірісіне беріледі. Егерде  және ОК –тің І_ок=0, онда  болады.

Бұдан шығады

                                                       (2.23)

 болғанда ОК –тің кірісіндегі кернеу , сондықтан (2.23) көріністің түрі мынадай болады.

                                                        (2.24)

Сонымен, параллелді кері байланысы бар инверторлық күшейткіштің күшейту коэффициенті тек сұлбаның пассивтік бөлігінің параметрлерімен белгіленеді.

                                                                (2.25)

 

Инверторлық емес күшейткіш.

 

3.17 –сурет. Инверторлық емес күшейткіштің сұлбасы.

 

Инверторлық емес күшейткіште (3.17 –сурет) инверторлық кіріске берілген кернеу бойынша тізбекті кері байланысы бар; кіріс дабыл инверторлық емес кіріске беріледі.

 тең болғандықтан , яғни  .

Бұдан шығады

                                                  (2.26)

Сонымен, инверторлық емес күшейткіштің күшейту коэффициенті

                                                 (2.27)

Инверторлық және инверторлық емес күшейткіштер әртүрлі тағайындалуда жоғары тұрақтылығы бар күшейткіштер ретінде кең қолданылады.

 

Токты кернеуге түрлендіргіш

 

3.18 –сурет. Токты кернеуге түрленгіштің сұлбасы.

 

Токты кернеуге түрлендіретін сұлба (3.18 –сурет) 3.16 –суреттің варианты R₁=0, болған кездегі.

 болғандықтан шығады.

                                                       (3.28)

Көздердің ток дабылдарын кернеуге түрлендіруге пайдаланғанда кіріс және шығыс кедергілері шамалары болғандықтан, бұл сұлбаның маңызды артықшылығына жатады.

 

Инверторлық қосындыш.

3.19 –сурет. Инверторлық қосындыштың сұлбасы.

 

3.19 –суреттегі сұлба кірісте параллельді тармақтар саны қосуға арналған дабылдар санына тең инверторлық күшейткіш түріндегі (3.16 –суреттегідей) орындалады.

тең кезде болады.

 немесе                        (2.29)

Резисторлардың кедергілері бірдей, яғни R₁=R₂=…=R_n

 

Инверторлық емес қосындылағыш.

3.20 –сурет. Инверторлық емес қосындылағыш сұлбасы.

 

3.20 –суреттегі сұлба кірісте параллельді тармақтар саны қосуға арналған дабылдар санына тең инверторлық емес күшейткіш түріндегі (3.17 –суреттегідей) орындалады.

 кезде кернеу ОК –тің екі кірісінде бірдей

Инверторлық емес кіріс бойынша ток нөлге тең болғанда  шығады.

немесе

ал бұдан шғады

                                            (2.30)

Интегратор

 

                        a)                                                         б)

3.21 –сурет. Интегратордың сұлбасы (а) және оның кернеулерін уақыттық диаграммалары (б).

ОК арқылы құрылған интегратордың сұлбсы 3.21 –суретте келтірілген. Кіріс ток  тең.

ОК кіріс кедергісі үлкен кезде () кіріс ток толық бойында конденсатор арқылы өтеді, яғни .

Онда

                                    (2.31)

RC=τ –интегралдаудың тұрақтысы

                                                                       (2.32)

интегралдаудың кірісіне секірмелі тұрақты кернеуді берген кезде

                                                   (2.33)

Интеграторлар есептеуіш және үлгілеуіш қондырғыларда кең қолданылады.

 

Дифференциатор

3.22 –сурет. Дифференциатордың сұлбасы (а) және оның кернеулердің уақыттық диаграммалары (б).

 

ОК арқылы құрылған дифференциатордың сұлбасы 3.22 –суретте келтірілген.

Кіріс ток

ОК кіріс кедергісі үлкен кезде () кіріс ток толық бойында R резистор арқылы өтеді, яғни  .

Онда

.

 

 

 

 

Мазмұны

Кіріспе                                                                                                                        3

1.           жартылай өткізгіш аспаптар                                                                            4

1.1   Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі                                                4

1.2   Жартылай өткізгші диодтар                                                                             9

1.3   Биполярлы транзисторлар                                                                              12

1.4   Тиристорлар                                                                                                     17

2.           Электронды түзеткіштер                                                                                 19

2.1   Түзеткіштер туралы жалпы мәліметтер                                                        19

2.2   Бір жартыпериодты түзеткіш                                                                         20

2.3   Екі жартыпериодты түзеткіш                                                                         21

2.4   Нөлдік шықпасы бар үш фазалы түзеткіштер                                              25

2.5   Бір фазалы басқарылатын түзеткіш                                                               25

2.6   Тегістеуші сүзгілер                                                                                          29

2.7   Кернеу тұрлауландырғыштар                                                                         31

2.8   Диодтарда және транзисторларда орындалатын қисынды элементтер     33

3.           Күшейткіштер                                                                                                  39

3.1   Жалпы мәліметтер және күшейткіштерді топтастыру                                39

3.2   Транзисторлық күшейту каскадтары                                                            40

3.3   Қуат күшейту каскадтары                                                                              45

3.4   Кері байланысы бар күшейткіштер                                                               50

3.5   Операциялық күшейткіштер                                                     52

Мазмұны                                                                                         59

Әдебиеттер тізімі                                                                                                     60

 

Әдебиеттер тізімі

1.     Әміров Ж.Қ. Электротехника және электроника. –Алматы, АЭЖБИ, 2006.

2.     Забродин Ю.С. Промышленная электроника. –М.:Высшая школа, 1982.

3.     Герасимов В.Г. Основы промышленной электроники. –М.:Высшая школа, 1978.