2.1 Сурет

 

2.2 p-n өткелдің тура ығысуы

p-n өткелге тура ығысу кернеуін U_тура берейік (2.2,а -сурет), яғни p-облысқа плюс, ал n- облысқа – минус.  U_тура p-n өткелдің потенциалдық тосқауыл шамасын  j_к азайтады  U_ауыс=j_к – U_тура.

p-n өткелдің ені азаяды да, негізгі заряд тасушылар өткелге қарай қозғалып, инжекция есебінен диффузиялық ток өседі. Инжекция – негізгі заряд тасушылар­ды өткел арқылы, тура ығысу кезінде олар қосалқыға айналатын облысқа енгізу.

Әдетте U_тура – вольттың ондық бөліктеріне, ал I_тура – бірден бастап ондаған миллиамперге жетуі мүмкін.

2.3 p-n өткелдің кері ығысуы

p-n өткелге кері ығыстыру кернеуін түсірейік (2.2,б-сурет). p-облысқа минус, ал n-облысқа – плюс береміз. Потенциалдық тосқауыл шамасы өседі. Жабушы қабат кеңейеді, U_ауыс = j_к+U_кері. Заряд тасушылар өткелден алыстайды да, өткел кедергісі жоғарылайды. Диффузиялық ток кемиді де, кері ток шамасы өседі. Кері ығысуда экстракция орын алды – кері ығысу салдарынан қосалқы заряд тасушыларды,  негізгі тасушыға айналатын облысқа енгізу.

|U_кері | > j_Т болғанда, кері ток I_кері,  p-n өткелдің ығу тогының қанығу шамасына I₀ ұмтылады. I₀ тек қосалқы тасушылардан туындағандықтан  U_кері кернеуінен тәуелсіз.

U_кері шамасы ондаған және жүздеген вольтқа жетуі мүмкін (жылу әсерінен  тесілумен шектеледі), I_кері – бірлеген және жүздеген микроампер болады.

Тура және кері ығысуды қарастыра отырып, мынандай маңызды қорытынды жасауға болады: қосалқы тасушылардың үлесі негізгі тасушылардың үлесінен біршама аз болғандықтан, қосалқы тасушылардан туындаған кері ток, негізгі тасушылардан туындаған тура токтан біршама аз (I_кері << I_тура), яғни өткел біржақты өткізгіштікке немесе түзеткіштік қасиетке ие болады.

2.4 p-n өткелдің вольтамперлік сипаттамасы

p-n өткел арқылы өтетін токтың оған келтірілген кернеуден тәуелділігі электрондық-кемтіктік өткелдің вольтамперлік сипаттамасы деп аталады (ВАС). Оның түрі

I = I₀ [exp (U/j_T) – 1],

мұндағы I₀ – |–U| >> j_T болғандағы қанығудың кері тогы.

2.3-суретте  p-n өткелдің ВАС келтірілген, мұндағы өстердің масштабтары токтың оң (миллиампер) және теріс мәндері (микроампер) үшін әртүрлі.

Тура кернеуді U_тура арттырғанда тура ток I_тура экспонента бойынша өседі, өйткені U_тура артуымен потенциалдық тосқауыл төмендеп негізгі тасушылардың диффузиясы өседі .

 Кері ток шамасы температураға аса тәуелді (графикте Т₂ > Т₁), |U_кері| >> j_T болғанда I₀ тогы кері кернеуге тәуелді емес, ол қосалқы заряд тасушылардың концентрациясымен шартталған.

2.5 p-n өткелдің негізгі параметрлері

2.5.1 Сипаттамалық кедергілер:

а) тұрақты ток бойынша кедергі (сурет 2.4,а)

R = U/I = j_T ln(I/I₀+1)/I = (j_T / I) ln(I/I₀+1);

R_A=U₁/I₁,   R_B=U₂/I₂;

б) айнымалы ток бойынша кедергі r_д немесе дифференциалдық кедергі (2.4,б сурет)

r_д  = dU/dI=d[j_T ln(I/I₀+1)]/dI=(j_T× I₀) / [(I+I₀)I₀]=j_T / (I+I₀) » j_T/I;

r_дA = dU₁ / dI₁ = DU₁/DI₁ ;

r_дB = dU₂ / dI₂ = DU₂/DI₂ .

2.5.2 p-n өткелдегі сыйымдылықтар

p-n өткелдегі сыйымдылықтар тосқауылдық және диффузиялық болып ажыратылады:

а) тосқауылдық (зарядтық) сыйымдылық C_тосқ p-n өткелдің тепе-теңдік шарты және кері ығысуы кезінде жабушы қабатта зарядтардың (оң және теріс иондардың) болуынан туындайды, яғни өткелдегі зарядтардың қайта таралуын бейнелейді

,

мұндағы e - шала өткізгіштің диэлектрлік өтімділігі;

e₀ – вакуумдағы диэлектрлік өтімділік;

S – өткел ауданы;

l – өткел ені;

j_к – потенциалдық тосқауыл биіктігі.

U_кері-нің артуымен тосқауылдық сыйымдылық -ге пропорционалды кемиді. Тосқауылдық сыйымдылықтың шамасы ондаған, жүздеген пикофарадаға тең;

б) диффузиялық сыйымдылық С_диф p-n өткелдегі тура ығысу кезінде негізгі тасушылардың инжекциясы есебінен зарядтардың өзгеруінен пайда болады (өткел маңындағы зарядтардың қайта таралуын бейнелейді)

С_диф = (q/kT)I_тураt = I_тураt /j_Т,

мұндағы  I_тура – тура ток;

t– тасушылардың өмір сүру уақыты;

j _Т  - температуралық потенциал.

2.5.3 Кері токтың температуралық тәуелділігі

Жылулық кері ток I_0t температураға тәуелді, өйткені шала өткізгішті қыздыру кезінде қосалқы тасушыларды өндіру өседі, бұл кездегі жылулық ток германийден жасалған аспаптарды 8ºС-ге, ал кремний ден жасалған аспаптарды  10ºС-ге қыздырғанда екі есе өседі.

I_0t = I₀ e^aDt,

мұндағы I₀ – бастапқы температурадағы жылулық ток;

Dt – температура өсімі;

a - токтың температуралық еселігі, a = 0,08 1/ºС.

2.6 p-n өткелдің тесілуі

Тесілу дегеніміз кернеуді елеусіз арттырғанда кері кедергінің кенеттен азайып кері токтың артуы. Тесілудің екі түрі болады:

а) жылулық – өткелдегі бөлінген қуат қоршаған ортаға таралатын қуаттан көп болғанда, яғни жылуды сыртқа шығару жеткіліксіз болу нәтижесінде орын алады. Тесілу қайтымсыз болса, аспап істен шығады;

б) электрлік тесілу жабушы қабаттағы кернеуліктің артуымен байланысты.

Электрлік тесілу екі түрге бөлінеді:

а) көшкіндік тесілу қарқынды ионизация әсерінен пайда болатын күшті электр өрісінде тасушылардың көбеюімен байланысты. Енді өткелдерде орын алады.

Ток I=I₀∙M,

мұндағы M – соққылық ионизация немесе көбею еселігі;

М=1/[1-(U_кер/U_м)ⁿ],

мұнда U_м – құйындық тесілу кернеуі;

n = 3 – 5 материалға байланысты;

б) туннельдік тесілу (зенерлік) тар өткелдерде орын алады. Қоспа концентраиясы жоғары шала өткізгіштерде өріс кернеулігінің әсерінен туннельдік тесілу туындайды, яғни электрондардың потенциалдық тосқауылдан қосымша энергия жұмсамай өтіп кетуі (егер тосқауыл қалыңдығы аз болса). Туннельдік эффект кері және аз шамадағы тура кернеулерде, өткізу аймағының түбі валенттік аймақ төбесінен төмен болған жағдайда мүмкін.

2.7 p-n өткелдің эквиваленттік сұлбасы

2.5-суретте p-n өткелдің эквиваленттік сұлбасы көрсетілген.

Мұндағы R – шала өткізгіштің омдық кедергісі; r_д – дифференциалдық кедергі; C_тосқ – тосқауылдық сыйымдылық; C_диф – p-n өткелдің диффузялық сыйымдылығы.

2.8 p-n өткелдері жасау әдістері

2.8.1 Балқыту әдісі:

а) жазықтық (2.6,а -сурет).

nGe пластинасына индий (In) таблеткасы қондырылады да 850^оС-ге дейін қыздырылады. Ауданы  үлкен айқын өткелді және тосқауылдық сыйымдылығы С_тосқ жоғары p-типті германий алынады. Мұндай аспаптың жұмыс істеу жиіліктері төмен;

б) нүктелік (2.6,б -сурет).

nGe пластинкасына ине тәрізді индий (In) талшығы орнатылады да, ток импульсі жіберіліп, иненің ұшы балқығанда нүктелік өткел пайда болады. Өткелдің ауданы және тосқауылдық сыйымдылығы аз, жұмыс істеу  жиілігі жоғары.

2.8.2 Диффузия әдісі

Қоспа атомдарын газ тәріздес немесе сұйық фазадан шала өткізгішке диффузиялық жолмен ендіру арқылы жүзеге асырылады. Қоспа концентрациясы экспонента бойынша біртіндеп кемиді.

2.8.3 Эпитаксиалдық өсіру әдісі

Қажетті өткізгіштік типті жұқа қабықтар кезекпен өсіріледі.

2.9 Өткелдің басқа түрлері

2.9.1 Метал мен шала өткізгіштің беттесуі

Беттесулерді  түзеткіш және түзетпейтін деп ажыратады. Беттесу түрі металдан (j_Ме) және шала өткізгіштен (j_п) шығу жұмыстарының қатынасымен анықталады. Қатты денеден шығу жұмысы – бұл электронды Ферми деңгейінен вакуумға өткізу үшін жұмсауға қажетті жұмыс.

n-шала өткізгіштер үшін қарастырайық:

а) j_Ме > j_п болғанда, шығу жұмыстарының шамаларының айырмашылығынан беттер арасында потенциалдар айырмасы n  j_Mn=  j_Ме – j пайда болады. Электрондар шала өткізгіштен металға өтеді. Метал электрондар есебінен теріс зарядталады, ал шала өткізгіште беттесу қабатында донорлардың көлемдік оң заряды түзіледі – заряд тасушылар саны азайған  облыс, яғни жабушы қабат. Ол бүкіл жүйенің кедергісін анықтайтын жоғары кедергіге ие. Бұл беттесу Шоттки барьері деп аталады.

Егер металға оң (2.7-сурет), ал n-шала өткізгішке – теріс потенциал  берсек, n-шала өткізгіштегі электрондар өткелге қарай қозғалады, потенциалдық тосқауыл деңгейі j_К төмендейді. Егер берілген кернеудің полюсін өзгертсек, электрондар өткелден кері қарай қозғалады, ал потенциалдық тосқауыл деңгейі j_К өседі . Яғни беттесу біржақты өткізгіштікке ие болады. Мұндай беттесу металды шала өткізгішке вакуумда тозаңдандыру әдісімен орындалады;

б) j_Ме < j_n  болса, электрондар металдан шала өткізгішке ауысады. Беттесу қабатында электрондардың үлесі өседі , яғни қабат заряд тасушылармен байытылады да, оның кедергісі төмендейді. Жүйенің жалпы кедергісі шала өткізгіштің бейтарап қабатының кедергісімен анықталады және берілетін кернеудің шамасы мен полюстерінің орналасу тәртібіне тәуелсіз. Мұндай түйісу түзетпейтін немесе омдық деп аталады.

Омдық түйісу

Омдық түйісулер шала өткізгішті сыртқы ток өткізуші бөліктермен байланыстыруға қажет. Оларға қойылатын негізгі талаптар:

а)     инжекция болмау керек;

б)    түзету әсері болмау керек;

в)    кернеу түсуінің шамасы мейлінше аз болу керек;

г)     вольт-амперлік сипаттама сызықты болу керек.

Беттесуді  даярлау үшін мынандай  қабаттардан тұратын күрделі құрылымды пайдаланады: қоспалар үлесі төмен шала өткізгіш, қоспалар үлесі жоғары шала өткізгіш және метал. Мұндағы метал, түйісудегі потенциалдар айырмасы j_к мейлінше аз болатындай етіп таңдалады. Бірақ, өткелдің заряд тасушылар үлесі жоғары және ені тар болуына  байланысты олар туннель арқылы өткендіктен, j_к-нің  үлкен мәндерінде де түзету болмауы мүмкін.

2.9.2 Гетероөткелдер рұқсат етілмеген аймақтарының ені әр түрлі екі шала өткізгіштен түзіледі. Мысалы, германий – галий арсениді, галий арсениді – мышьяк тәрізді индий, германий – индий.

Тепе-теңдік күйде I_өтк = 0. Электрондар мен кемтіктер үшін потенциалдық тосқауылдар шамасы әр түрлі болғандықтан, тура ығысу рұқсат етілмеген аймағының енді шала өткізгіштен кемтіктердін тиімді инжекциялануын туындатады.  Гетероөткелдегі инжекцияның бұл ерекшелігі (асқын инжекция) оны тиімді инжектор ретінде пайдалануға мүмкіндік береді.

3 Шала өткізгішті резисторлар

Шала өткізгішті резистор – бұл қоспалар біркелкі таралған шала өткізгіштен құрылған, екі шықпасы бар шала өткізгішті аспап. Қоспаның түріне және резистордың конструкциясына қарай олар: сызықты резисторлар, варисторлар, терморезисторлар, тензорезисторлар, фоторезисторлар болып бөлінеді.

3.1 Сызықты резистор – кремний немесе галий арсениді сияқты аз қоспалы материал қолданылатын шала өткізгішті резистор

 Оның меншікті электр ағысына   кедергісі электр өрісінің кернеулігі мен электр тогының тығыздығына тәуелдігі шамалы. Сондықтан сызықты шала өткізгішті резистордың кедергісі, кернеу мен токтың кең аясында тұрақты деуге болады, олар интегралдық микросхемаларда кеңінен пайдаланылады.

3.2 Варистор – кедергісі келтірілген кернеуге тәуелді шала өткізгішті резистор

 Вольт–амперлік сипаттамасы түзу сызықты. Кремний карбидінен жасалады.

Варистордың негізгі параметрлерінің бірі – бейсызықтық еселігі, ол тұрақты ток кедергісінің (R) айнымалы ток  кедергісіне (R_д) қатынасымен анықталады:

ε= R / R_д =(U / I) / (dU / dI)

Әртүрлі резисторлар үшін ε = 2…6.

Варисторлар аз инерциялы аспап болып табылады. Олар аз қуатты кернеу тұрақтандырғыштарда, күшейтуді және өткізу жолағын автоматты реттеу тізбектерінде, сонымен қатар мониторларда кадрлік және жолдық келтіру параметрлерін тұрақтандыру үшін пайдаланылады.

3.3 Терморезистор – жұмыс істеу принципі шала өткізгіштің электр ағысына  кедергісінің температурадан тәуелділігін пайдалануға негізделген шала өткізгішті резистор

Терморезисторлардың екі түрі пайдаланылады: термистор – оның кедергісі температура жоғарылағанда кемиді және позистор, оның кедергісі температура өскенде  өседі.

Терморезистордың негізгі параметрі - кедергінің   температуралық еселігі  өнеркәсіпте шығарылатын терморезисторлар үшін, α = 0,3…0,66.

Терморезисторлар электрондық құрылғылардың режимдерін тұрақтандыруға, температураны реттеу жүйелерінде, жылу әсерінен қорғауда, өрттен қауіпсіздендіру жүйелерінде және т.б. салаларда кеңінен қолданылады.

3.4 Фоторезистор – кедергісі жарықтың түсуіне тәуелді шала өткізгішті резистор

3.5 Тензорезистор – кедергінің механикалық деформацияларға тәуелділігін пайдаланатын шала өткізгішті резистор

 Тензорезистордың маңызды сипаттамасы, оның деформациялық сипаттамасы болып табылады – кедергінің салыстырмалы өзгерісінің  салыстырмалы деформацияға  тәуелділігі, мұндағы l тензорезистордың  деформация өлшеу бағытындағы   ұзындығы.

4 Шала өткізгішті диодтар

Шала өткізгішті диод – бұл екі шықпасы бар және жұмыс істеу принципі  р-n өткелдің қасиеттерін пайдалануға негізделген шала өткізгішті аспап (бірақ р-n өткелді пайдаланбайтын да диодтар бар).

Дискреттік диод әйнектен, металдан немесе керамикадан жасалған корпусқа орналастырылады.

4.1 Шала өткізгішті диодтарды топтау

4.1-кестеде диодтардың р-n өткелдің қасиеттеріне байланысты топталуы  келтірілген.

4.1 Кесте

4.2 Түзеткіш диодтар

Түзеткіш диод айнымалы токты тұрақты токқа түрлендіруге арналған аспап.  р-n өткелдің бір жақты өткізгіштік қасиеті пайдаланылады. Негізгі заряд тасушылардың концентрациясы жоғары электрод эмиттер (Э), ал негізгі заряд тасушылардың концентрациясы аз электрод – база (Б) деп аталады.

Көп жағдайларда түзеткіш диодтар жазық болып келеді, германий  диодтардың р-n өткелін тек балқыту әдісімен жасайды, ал кремний диодтарды жасауға балқыту және диффузиялық әдістерді пайдаланады. Үлкен шамалы  түзетілген токтарды алу үшін түзеткіш диодтарда үлкен ауданды электрондық-кемтіктік өткелдерді пайдаланады, өйткені диодтың қалыпты жұмыс істеуі үшін өткелден өтетін токтың тығыздығы 1…2 А/мм² –ден аспауы қажет.

Кремний диодтар аса жоғары температураларда жұмыс істеу қабілетін сақтайды, ал германий диодтар температура 85°С-ден  асқанда  өз қасиеттерін жоғалтады. Кремний диодтар меншікті электр өткізгіштігінің төмендігіне байланысты кері бағыттағы кернеудің ең үлкен шамасы  1500 В-қа дейін шыдайды, германий диодтарда 400…500 В-тан аспайды. Бірақ кремний диодтарда тура ығысу кезіндегі кернеу түсуі (2 В дейін) германий диодқа  (1 В-тан аз) қарағанда жоғары.

Түзеткіш диодтың негізгі сипаттамасы оның вольт-амперлік сипаттамасы болып табылады. 4.1-суретте р-n өткелдің (1) немесе диодтың (2) теориялық және нақты ВАС-ы келтірілген.

Нақты ВАС-ның теориялықтан айырмашылығы:

а) аз тура ток облысында сипаттамалар бір-біріне сәйкес те, ал тура токтың үлкен шамаларында шала өткізгіштер мен электродтарда кернеу түсуі айтарлықтай болады. Нақты сипаттама түзуге жақын және теориялық ВАС-дан төмендеу өтеді;

б) кері кернеу өскенде ток баяу өседі, өйткені:

1) заряд тасушылардан өткелдегі жылу бөлу күшейеді. Өткел енінің үлкеюіне сәйкес оның көлемі және пайда болатын заряд  тасушылардың саны өседі, демек жылулық ток өседі. Қауіпсіз кері кернеу 400 вольтке дейін, қауіпсіз температура (60-70)°С-ге дейін;

2) өткел бетіндегі иондық және молекулалық қабаттың пайда болуына байланысты р-n- өткелдің беттік өткізгіштігі өседі.

 Диодтың даярлану материалына байланысты  германий (Ge) және кремний (Si) диодтарының ВАС-ның айырмашылықтары 4.2-суретте көрсетілген. Кернеудің бірдей мәнінде германий диодтан өтетін токтың шамасы, кремний диодтікіне қарағанда жоғары екені көрінеді. Бұл германидегі тыйым салынған аймақ енінің, кремнийдікіне қараға­нда аздығымен түсін­діріледі. Температура­ның германий диодқа әсері 4.3-суретте көрсетілген. Температураның  жоғарылауымен қосалқы заряд  тасушылардың үлесі артатындықтан, кері ток та I_кері өседі . Түзеткіш шала өткізгіш диодтардың негізгі парамерлері:

-       берілген тура токтағы I_тура тұрақты тура кернеу (U_тура);

-       диод ұзақ уақыт қалыпты жұмыс істей алатын,  кері кернеудің ең үлкен қауіпсіз  шамасы U_{кері max};

-       U_{кері max} кері кернеу кезінде диод арқылы өтетін тұрақты кері ток I_кері;

-       температураның қауіпсіз шамасына дейін қызғанда диод арқылы ұзақ ағатын, орташа түзетілген ток I_түз.ор.;

-       диодтың берілген сенімділігі қамтамасыз етілетін, диодтан тарайтын қуаттың қауіпсіз шамасы P_max.

Түзетілген токтың орташа ең үлкен қауіпсіз  шамасына байланысты диодтар аз қуатты (0,3 А-ге дейін), орташа қуатты (0,3...10 А) және жоғары қуатты (10 А-ден аса) болып бөлінеді. Жоғары қуатты түзеткіш диодтар кейде күштік деп аталады.

Диодтардың жалғануы

Кейде диодтардың параллель немесе тізбектей жалғануы пайдалнылады:

а)    егер U_кері>U_{кері қос.} болса, онда тізбектей жалғануы пайдаланылады (4.4,а-сурет). Вентильдердегі кері кернеулерді бір қалыпты бөлу мақсатында диодтардың кері бағыттағы кедергілерін теңестіру үшін оларды, R_ш резисторларымен орағыту  қажет R_ш=(0,1¸0,2)R_кері. Өнеркәсіпте диодтар бағанасы  деп аталатын 5-тен 50-ге  дейін тізбектей жалғанған диодтар кешені шығарылады, олардың кері бағыттағы кернеуі U_кері  2…40 кВ аралығында жатады;

б) егер  I_тура.>I_{тура қос.}, онда диодтардың параллель жалғануы қолданылады (4.4,б-сурет). Мұнда диодтардың тура бағыттағы  кедергілерін теңестіру үшін оларға тізбектей кедергісі аз қосымша резисторлар жалғанады R_қос = (5¸10)R_қ.тура.

Аз қуатты бірдей диодтар тобын көбінесе диодтық матрица және диодтық жиынтық түрінде шығарады. Диодтық матрицаларда диодтар бір ортақ шықпаға қосылған, бұл олардың логикалық құрылғыларда және дешифраторларда пайдаланылуын жеңілдетеді, диодтық жиынтықтарда параллель, тізбектей, көпірлік және басқа да жалғанулар қолданылады.

Түзеткіш шала өткізгішті диодтар төмен жиілікті болып табылады және 50…10⁵ Гц жиіліктер деңгейінде жұмыс істеуге қабілетті (қуатты диодтар 50 Гц жиілікте жұмыс істейді).

4.3 Импульстік диодтар

Импульстік диодтар импульстік режимде жұмыс істеуге арналғандықтан, ондағы өтпелі процесстердің ұзақтығы аз болуы қажет. Негізгі параметрі – шапшаңдық, яғни диодтың ашық күйден жабық күйге ауысып қосылуы және керісінше өту уақыты.

Тура кернеудің U_тура керіге U_кері ауысып қосылуы кезінде тасушылардың кері сіңірілуі лезде болмайды, ол кері кедергінің қалпына келу уақытымен t_{қалп.кел.} сипатталады (4.5 -сурет).

Диодтың ашылуы кезінде тура ток I_тура импульсі беріліп, қозғалмалы тасушылар жинақталады, оның ұзақтығы тура кедергінің қалпына келу уақытымен t_{қалп.кел.} сипатталады.

4.4 Стабилитрондар

Стабилитрондар – бұл тесілу кернеуі қалыпты және тесілу нүктесінде кері ток күрт өсетін кремнийден жасалған жазық диодтар. Ондағы кернеу, берілген аяда өтетін токты өлшеу кезінде, белгілі дәлдікпен сақталады. Диодтың жұмыс істеу принципі құйындық тесілуді пайдалануға негізделген.

Қоспалардың үлесінің  жоғары шамасына және өткелдің тарлығынан құйындық тесілу кері кернеулердің аз шамасында пайда болады. Өндірілуші қуат аз болғандықтан, құйындық тесілу жылулыққа ауыспайды.

Өнеркәсіпте шығарылатындар:

а) қорек көздерін тұрақтандыру сұлбаларында, кернеу шектегіштерде пайдаланылатын, жалпы мақсатта пайдаланылатын стабилитрондар;

б) аса дәл стабилитрондар – кернеу деңгейін жоғары дәлдікпен тұрақтандыру шы және жылу ықпалын азайтушы сұлбаларда;

в) импульстік – тұрақты және импульстік кернеуді тұрақтандыруға арналған;

г) екі анодты – кернеу тұрақтандыру сұлбаларында, әр түрлі полюсті кернеулерді шектегіштерде;

д) стабисторлар – кернеудің аз шамаларын тұрақтандыру үшін және темеператураның өзгеруі кезінде берілген тұрақтандырылған кернеудің шамасын тұрақты  ұстауға арналған температура өзгерісінің әсерін азайтатын элемент ретінде.

Стабилитронның вольтамперлік сипаттамасы 4.6,а - суретте келтірілген. 4.6,б - суретте параметрлік кернеу тұрақтандырғыш бейнеленген, оның жұмыс істеу принципі  Е кернеуінің өзгеруі барысында стабилитрон арқылы өтетін ток өзгереді, ал стабилитрондағы және оған қосар жалғанған жүктемедегі кернеу өзгермейді деуге болады.

Стабилитронның вольтамперлік сипаттамасына E = I_СТ R_б  + U_СТ  жүктеме сызығын жүргізейік. I_СТ = 0  болғанда U_СТ = Е, U_СТ = 0 болғанда I_СТ =E/R_б.

Осы нүктелерді қосайық. Е артқан кезде жүктеме сызығы солға қарай параллель жылжиды, жұмыс нүктесі (жүктеме сызығының ВАС-мен қиылысу нүктесі) төмен ығысады, яғни стабилитрон арқылы өтетін ток өседі. Артық кернеу балластық кедергіге R_б түседі, ал стабилитрондағы және тиісінше жүктемедегі кернеу өзгеріссіз қалады.

Кремний стабилитрондардың негізгі параметрлері:

а) тұрақтандыру кернеуі U_СТ;

б) ең кіші I_{СТ  min}  және ең үлкен  I_{СТ  mах}  тұрақтандыру токтары;

в) ортаға тарайтын қуаттың  ең үлкен  шамасы Р_mах ;

г) дифференциалдық кедергі  r_дф = dU_CТ / dI_CТ ;

д) кернеудің температуралық еселігі (КТЕ) - тұрақтандыру тогіның тұрақты мәнінде U_CT-ның салыстырмалы өзгерісінің температураның абсолюттік өзгерісіне қатынасы.

Қазіргі заманғы стабилитрондарда тұрақтандыру токтары 1 мА-ге  2 А-ге  дейін өзгергенде  тұрақтандыру кернеуі 1В пен 1000 В аралығында жатады. I_{СТ min} = 1…10 мА мәні стабилитрон сипаттамасының бейсызықты бөлігімен шектелсе (тұрақтандырудың басы), I_{СТ  mах}  = 50…2000 мА аралығында шала   өткізгіштің қауіпсіз температурасымен шектеледі (жылулық тесілудің басымен).

1 В-қа дейінгі төмен кернеулерді тұрақтандыру үшін стабистор деп аталатын кремний диодтың ВАС-ның тура тармағы пайдаланылады.

Тұрақтандыру бөлігіндегі дифференциалдық кедергі шамамен тұрақты және көптеген стабилитрондар үшін 0,5…200 Ом аралығында болады. Темепературалық еселік жоғары вольтті стабилитрондарда оң да, төмен вольттілерде теріс болады, 5 В шамасындағы кернеу аймағында оның мәні нөлге жақын.

4.5 Варикаптар

Варикаптың жұмыс істеу принципі р-n өткелдердегі тосқауылдық сыйымдылықтың келтірілген кері кернеуге тәуелділігне негізделген. Варикап басқарылатын сыйымдылық болып табылады. Варикаптарды сонымен қатар параметрлік диодтар және варакторлар деп те атайды. 4.7-суретте варикап сыйымдылығының келтірілген кері кернеуден тәуелділігі келтірілген.

Варикаптың сыйымдылығы түсірілген кері кернеуге кері пропорционалды.

Варикаптар кремнийден жасалады да электрмен басқарылатын сыйымдылығы бар элементтер ретінде пайдаланылады. Көбінесе алыстан басқару және жиілікті автоматты реттеу жүйелерінде қолданылады.

4.8-суретте варикаптың тербелмелі контурға айнымалы сыйымдылық ретінде қосылу сұлбасы келтірілген.

Мұндағы R₁ контурдың алғырлығы R-дің әсерінен төмендемес үшін қосылған. C_р– бөлгіш сыйымдылық, тұрақты кернеуді катушкаға өткізбеу үшін. R-дің көмегімен кері кернеуді U_кері өзгерте отырып, контурдың резонанстық жиілігін өзгертуге болады.

4.6 Туннельдік диодтар

Диодтың жұмыс істеуі туннельдік құбылысқа негізделген.

Диод құлдыраған (вырожденный) шала өткізгітердің негізінде жасалған. Қоспалардың үлесі 10²¹ см^-3 , сондықтан диодтың  р-n өткелі өте тар.

Ферми деңгейі р- облыста валенттік аймаққа, n-облыста  өткізгіштік аймаққа ығысады. Энергиялық аймақтар өзара араласып, заряд тасушылар басқа энергиялық аймаққа өтеді де, онда қосымша энергия шығындамай негізгіге айналады, сондықтан диодтардың инерциялылығы аз болады. Сонымен қатар бұл диодтардың температуралық тұрақтылығы және радияцияға  орнықтылығы жоғары болып келеді.

Вольтамперлік сипаттамасы 4.9-суретте келтірілген. ВАС-да теріс кедергі бөлігі бар (аб). Туннельдік әсер кері және шамалы тура кернеулерде, өткізгіштік аймағының түбі валенттік аймақтың төбесінен төмен кезде (г0аб бөлігі) орын алады. бв бөлігінде – диффузия.

Туннельдік диодтар германийден, кремнийден және галий арсенидінен жасалады. Сигналды күшейтуде, туындатуда, түрлендіруде қолданылады.

4.7 Кері диодтар

Кері диодтар – бұл туннельдікке қарағанда қоспалардың концентрациясы төмен (≈10¹⁹ см^-3) диодтар. Энергетикалық деңгейлер жабылмайды, Ферми деңгейі р-облыстың валенттік аймағының төбесімен және n-облыстың өткізгіштік аймағының түбімен сәйкес келеді, және туннельдік әсер кері кернеу кезінде ғана сақталады.  Вольт-амперлік сипаттамасы 4.10-суретте келтірілген. Мұндағы  0г бөлігінде туннельдік әсер орын алады, ал 0бв бөлігінде – диффузия.

Диодтар әлсіз сигналдарды көрсету және табу сұлбаларында, ауыстырып қосу сұлбаларында, бөліп шығарушы аспаптарда (детектор)  пайдаланылады.

4.8 Шоттки диодтары

Шоттки диодының жұмысы негізінде жоғары сапалы кремний, молибден, нихром, алтын, платина немесе алюминийден жасалатын металл-шала өткізгіш  түзеткіш беттесу (п. 2.9.1)  пайдаланылады.

Шоттки диодының ерекшеліктері:

а) негізгі тасушыларда жұмыс істейді, қосалқы тасушылардың инжекциясы болмайды, диффузиялық сыйымдылық нөлдің шамасында, жылдамдығы жоғары, өйткені ол тек тосқауылдық сыйымдылықпен анықталады;

б) тура кернеуі түзеткіш диодтардағыға қарағанда аз, шамамен 0,4 B;

в) вольт-амперлік сипаттамасының тура тармағы қатаң экспонентамен сипатталады;

г) параметрлік ауытқуы аз;

д) сенімділігі мен соққыға төзімділігі жоғары;

е) жылу тарату қасиеттері жоғары.

Осы ерекшеліктері арқасында Шоттки диодтарын жоғары жиілікті аналогтық және цифрлық сұлбаларда қолдану тиімді.

4.9 Аса жоғары жиілікті диодтар (АЖЖ)

Сигналдар қуатының деңгейін сантиметрлік және миллиметрлік диапазонда түрлендіру, бөліп алу, күшейту, көбейту, туындату және қуат деңгейін басқару үшін қолданылады. Бұл аспаптарда ауданы аз нүктелік р-n өткел пайдаланылады. Төменгі жиілікті диодтардан ерекшелігі, оның коаксиалды шықпасы бар. Араластырғыш диод АЖЖ сигналдарды аралық жиілікке түрлендіру үшін супергетеродиндік қабылдағыштарда, детекторлық диодтар – АЖЖ сигналдарын табуда, төменгі жиілікті сигналды модуляцияланған жоғары жиілікті сигналдан бөліп алуда пайдаланылады. Параметрлік диодтар параметрлік күшейткіштерде пайдаланылады. Көбейткіш диодтар – варикаптардың бір түрі – жиілік көбейткіштерінде қолданылады.

4.2-кестеде диодтардың графикалық шартты белгіленулері келтірілген.

4.2 Кесте

5 Биполюсті транзисторлар

5.1 Транзисторларды топтау

Транзистор дегеніміз электрлік қуатты күшейтуге қабілетті, үш және одан да көп шықпалары, бір немесе одан көп p-n өткелдері бар шала өткізгішті аспап. Олар электр тербелістерін күшейтуге, генерациялауға және түрлендіруге арналған. Тасушылардың бір немесе екі типінің де ток түзуге қатысуына байланысты, бір полюсті және екі полюсті транзисторлар болып бөлінеді.

Транзисторлардың топталуы:

5.1Сурет 

а) құрылымы және жұмыс істеу принципі бойынша (5.1- сурет);

б) коллектордан таралатын ең үлкен қауіпсіз қуат бойынша:

– аз қуатты – 0,3 Вт-тан аз;

– орташа қуатты – 0,3…3 Вт;

– үлкен қуатты – 3 Вт-тан жоғары;

в) қуат бойынша көрсетілген топтардың әрқайсысындағы шектік жиілік бойынша:

– төменгі жиілікті – 3 МГц-тен аз;

– орташа жиілікті – 3…30 МГц;

– жоғары жиілікті – 30…300 МГц;

– аса жоғары жиілікті– 300 МГц-тен жоғары;

г) конструкциясы және жасалу технологиясы бойынша:

– балқытып ендірілген жазық транзисторлар;

– диффузиялық базасы бар жазық транзисторлар ;

– мезатранзисторлар;

– планарлық;

– эпитаксиалды-планарлық және т.с.с;

д) жасалу материалы бойынша:

– кремнийден, германийден, галий арсенидінен жасалған;

е) өткізгіштік облыстарының өзара орналасуы бойынша– транзисторлар

n-p-n және p-n-p болып бөлінеді.   

5.2 Биполюсті транзистордың құрылымы

Биполюсті транзистор – күшейту қасиеттері заряд тасушылардың инжекциясы және экстракциясы құбылыстарымен туындайтын, өзара әрекеттесуші екі p-n өткелдері бар шала өткізгішті триод. Заряд тасушылардың екі типі де: электрондар да кемтіктер де қатысатындықтан олар биполюсті деп аталады.

Олар үш электрод және екі p-n өткелден тұратын үш қабаттан құралады (5.2-сурет). n₁-p арасындағы аудан p-n₂ арасындағыға қарағанда әлдеқайда аз. Транзистордың құрылымы бейсимметриялы. Ауданы кіші асқын қоспаланған тасушыларды базаға инжекциялауға арналған қабаты эмиттер деп аталады (Э). Ауданы үлкен, тасушыларды базадан экстракциялауға арналған және осы тасушыларды жинайтын қабат, коллектор деп аталады (К). Тасушылардың эмиттерден коллекторға қарай қозғалысын басқаратын ортаңғы қабат, база деп аталады (Б).

База арқылы эмиттерлік (ЭӨ) және коллекторлық (КӨ) өткелдер деп аталатын екі   p-n өткелдердің байланысы жүзеге асырылады. Өткелдердің өзара әсерлесуі өткелдер арасындағы базаның өте аз қалыңдығы арқылы жүзеге асырылады (ондаған микрометр). Кез келген жағдайда ол базадағы қосалқы тасушылардың диффузиялық қабатының қалыңдығынан әлдеқайда аз болуы қажет. Сонымен қатар базаның электрөткізгіштігі эмиттердің электрөткізгіштігі­нен айтарлықтай аз болуы қажает.

Базасы бір текті транзисторлар дрейфсіз, базасы әр текті – дрейфті деп аталады. Шала өткізгіш қабаттары типтерінің орналасу ретіне байланысты n-p-n- және p-n-p- типті транзисторлар болып бөлінеді. Екі типтегі транзисторлардың жұмыс істеу принциптері бірдей, айырмашылығы тек n-p-n-типті транзисторда базадан коллекторға, эмиттерден инжекцияланған, электрондар қозғалады, ал p-n-p-типті транзисторда – кемтіктер. Ол үшін транзистордың электродтарына кері полюсті қорек көздері қосылады. Микросұлбаларда негізінен n-p-n-транзисторлар пайдаланылады, ал p-n-p-типті  n-p-n – типпен бірге пайдаланылады және бұл жұп комплементарлы деп аталады, дискреттік жүйелер үшін негізінен p-n-p-тип қолданылады.

5.3 Биполюсті транзистордың жұмыс істеу режимдері

Өткелдердің ығысу кернеуіне қарай үш түрлі – активті, ток тоқтату және қанығу қосылу режимдерін ажыратады:.

Активті режимде өткелдердің бірі тура, екіншісі – кері бағытта ығысады. Егер тура бағытта эмиттерлік өткел қосылса, онда мұндай режим қалыпты активті немесе күшейту режимі деп аталады. Сыртқы тізбектердегі токтар активті режимде ашық өткелдің басқарылушы потенциалдық тосқауылының биіктігімен, яғни, өткелдің қосалқы тасушыларды базаға инжекциялау қабілетімен анықталады.

Инверсті активті режимде ЭӨ кері бағытта, ал КӨ – тура ығысады.

Ток тоқтату режимінде екі өткел де кері бағытта ығысады. Бұл жағдайда сыртқы тізбектердегі токтар аз және өткелдердің бірінің кері тогымен шамалас, басқаша айтқанда, транзистор жабық.

Қанығу режимінде екі өткел де тура бағытта ығысады, яғни ашық. Базаға эмиттер және коллектор облыстарынан қосалқы тасушылар инжекцияланады (қос инжекция режимі). Екі өткел де ашық болғандықтан, құрылымда аздаған кернеу түседі. Сондықтан қанығу режимі, транзистор тізбекті тұйықтауға арналған кілттің рөлін атқаратын кездедерде жиі қолданылады. Тізбекті ажырату транзисторды ток тоқтату режиміне ауыстырумен жүзеге асырылады, бұл кезде транзисторлық құрылымның кедергісі жоғары болады.

Активті режимде транзисторды басқару толығымен жүзеге асырылады және ол активті элементтің рөлін атқарады. Ток тоқтату және қанығу режимдерінде күшейту жоқ деуге болады.

5.4 Транзистордың активті режимде жұмыс істеу принципі

Транзисторлық құрылымдағы физикалық процестер эмиттерлік және коллекторлық өткелдердің күйімен анықталады. Біздің жалғыз p-n өткел үшін жасаған тұжырымдарымыз транзистордың әрбір p-n өткелі үшін күшін сақтайды. Тепе-теңдік күйде әрбір p-n өткел арқылы ағатын, электрондар мен кемтіктердің арасындағы динамикалық тепе-теңдік байқалады және қорытынды токтар нөлге тең. Қалыпты активті режимде транзистор электродтарына Е_ЭБ және Е_КБ кернеулерін бергенде, 5.3-суретте көрсетілгендей, эмит­терлік өткел тура, ал коллекторлық  өткел кері бағытта ығысады. Потенциалдық тосқауылдың төмендеуі нәтижесінде электрондар эмиттер облысынан эмиттерлік өткел арқылы база облысына (электрондар инжекциясы), ал кемтіктер – базадан эмиттер облысына сіңеді. Бірақ, базаның меншікті кедергісі жоғары болғандықтан, заряд тасушылардың электрондық ағыны кемтіктікінен басым болады да, базада электрондардың үлесі көбейеді. ЭӨ-дегі толық токтың құрамын мөлшерлеу үшін эмиттерлік инжекция немесе тиімділік еселігі  пайдаланылады

γ_э = I_эө/ (I_эө+I_эө) = I_эө/I_э,

мұндағы I_эр және I_эn – эмиттерлік өткел тогының кемтіктік және электрондық құраушылары;

I_э – өткелдің толық тогы.

мәні аралығында болады.

Коллекторлық өткел кері бағытта ығысады, сондықтан электрондардың базадан коллекторға шығуы күшейеді де, базада коллектормен шекарада электрондардың үлесі азаяды.

Базада электрондар үлесінің градиенті пайда болуы нәтижесінде   электрондар ЭӨ-ден КӨ-ге енеді.

Базаның ені диффузиялық қалыңдықтан көп есе аз болғандықтан, базаға енген электрондардың көбі ондағы кемтіктермен әсерлесіп үлгермейді. Электрондардың тек аздаған бөлігі ғана кемтіктермен әсерлеседі (шамамен 1 %). Электрондардың қалған  99 %-і коллекторға жетеді де, коллекторлық өткелдің үдетілген өрісіне түсіп, оған тартылады (электрондардың шығуы). Базаның бейтараптығына байланысты одан сыртқы тізбекке шықпа бойынша электрондардың кемтіктермен әсерлескен бөлігі кетеді де, база тогын құрайды.

Осылайша, эмиттерлік өткел тогы коллекторлық өткел тогынан біршама үлкен болады. Транзистордың коллекторлық өткеліне жеткен және коллектор тогын  құрайтын қосалқы заряд тасушылардың салыстырмалы мөлшері

тасымалдау еселігімен δ_өтк  сипатталады

δ_өтк = I_кө /I_эө = 0,98÷0,995.

Коллектор тогын I_кө өсіру үшін, электрондардың өмір сүру уақыты базадағы тасымалдау уақытынан әлдеқайда үлкен болуы қажет. Ол үшін:

– базадағы қоспалардың үлесін азайту қажет, сонда эмиттер тогының әсерлесуші құраушысы I_эәсер азаяды;

– база енін w азайту қажет;

– коллекторлық өткелдің ауданы эмиттерлік өткел ауданынан әлдеқайда үлкен болуы қажет S_кө >> S_эө.

Коллекторлық өткелде соққы ионизация әсерінен заряд тасушылардың көбеюі туындауы мүмкін, ол көбею еселігімен сипатталады

M=1/ [1-(U_кері/U_тура)ⁿ],

мұндағы транзистор материалына байланысты қабылданады.

Эмиттер тогын коллектор тізбегіне берудің жалпы еселігі

α=I_кө/I_э = γ_э· δ_өтк ·M.

Нақты құрылымдар үшін .

Эмиттерлік өткелдің кедергісі аз (жүздеген ом), ал коллекторлық өткелдің кедергісі жүздеген килоомды құрайды.

Коллекторлық тізбекке тіркей жалғанған жүктеме кедергісі R_ж ≈1кОм  қосылсын делік, ол транзистордың жұмыс істеу режиміне әсерін тигізбейді, бірақ кедергіден үлкен кернеу алуға болады.

Эмиттер тізбегіне айнымалы сигнал көзін Е_с қосу базада инжекцияланатын қосалқы заряд тасушылардың санын өзгертеді және эмиттер мен коллектор тогының Е_с-мен бірдей өзгеруіне әкеледі. жүктемесінде жиілігі кіріс сигналдың жиілігіне тең күшейтілген кернеу бөлінеді, бірақ бұл кездегі шығыс сигналдың кернеуі кіріс сигналдан Е_с әлдеқайда үлкен болады. Осылайша сигналдың күшейтілуі жүзеге асады.

5.5 Транзистордағы токтар

Транзистор үшін Кирхгофтың бірінші заңы бойынша (5.4-сурет) эмиттер тогы база тогы мен коллектор тогының қосындысына тең

,

мұндағы  – эмиттер тогы;

 – база тогы. Бұл  ток эмиттер тогының 1 %-ін құрайды;

 – коллекторлық өткелдің жылулық тогы.

Коллектор тогы , мұндағы .

Осыдан .

Осылайша, транзисторлы сұлбаларда екі тізбек болады: кіріс, оған күшейтілетін тербелістер көзі қосылады және шығыс, оған жүктемелік кедергі қосылады.

Мұндағы эмиттер тогы  басқарушы ток, коллектор тогы – басқарылушы болып табылады, ал база тогы –олардың айырмасы болады.

5.6 База енінің модуляциясы

База енінің w модуляциясы база енінің w коллектордағы кернеуден тәуелділігін көрсетеді.

Эмиттерлік өткелдің ені аз болғандықтан, -ның өзгерісі оның мәніне әсер етпейді. Ал коллекторлық өткел кері ығысу әсерінен үлкен және базада шоғырланған. өзгергенде коллекторлық өткелдің ені және   соған сәйкес база ені w де өзгереді. Бұдан мыналар туындайды:

а) ток беру еселігінің  коллекторлық кернеуге  тәуелділігі . Мысалы, егер коллектор кернеуі өссе база ені w азаяды, тасымалдау еселігі өседі , яғни рекомбинацияға түспеген электрондардың саны көбейеді;

б) коллекторлық өткелдің тосқауылдық сыйымдылығына диффузиялық сыйымдылық қосылады, өйткені өткел маңындағы заряд шамасы өзгереді;

в) транзистордың жиіліктік қасиеттері өзгереді: егер өссе, онда базаның ені w азаяды, базадағы электрондардың ұшып өту уақыты азаяды және транзистордың шекаралық жиілігі өседі;

г)  өскен кезде, егер  тұрақты болса, өседі , өйткені база енінің азаюы тасушылар үлесінің градиентінің өсуіне әкеледі, бұған эмиттер тогы пропорционал;

д)  артқан кезде және тұрақты болып, база ені кемісе және тасушылар үлесінің градиенті өзгеріссіз болса, онда  азаяды.

5.7 Транзисторлардың қосылу сұлбалары

Транзистор шықпаларының қайсысы кірістегі сигнал көзі мен транзистордың шығыс тізбегі арасында ортақ болып табылатынына байланысты, транзисторды электр тізбегіне қосудың үш негізгі сұлбасы бар: ортақ базалы (ОБ, сурет 5.5,а), ортақ эмиттерлі (ОЭ, сурет 5.5,б), ортақ коллекторлы (ОК, сурет 5.5,в).

5.7.1 Ортақ базалы  сұлба бойынша транзистордың негізгі параметрлері (сурет 5.5,а):

а) ток бойынша күшейту еселігі  Ток күшейтілмейді, I_шығ < I _кір, бұл сұлбаның кемшілігі болып табылады;.

б) кернеу бойынша күшейту еселігі

Әр уақытта болатындай етіп таңдап алуға болатындықтан, >>1, кернеу бойынша күшейту жүздеген шамаға жетуі мүмкін;

в) қуат бойынша күшейту еселігі - ондаған – жүздеген;

г) кіріс кедергісі ондаған және жүздеген ом, кіріс кедергінің аздығы  сұлбаның кемшілігі болып табылады, өйткені ол сигнал көзін тұйықтайды, яғни үлкен кіріс ток қажет болады;

д) шығыс кедергісі  жүздеген килоомнан бірнеше мегаомға дейін;

е) шығыс кернеудің фазалық ығысуы нөлге тең.

5.7.2 Ортақ базалы транзистордың статикалық сипаттамалары

Транзистордың негізгі вольт-амперлік сипаттамалары кіріс және шығыс сипаттамалары болып табылады. ВАС тогы тұрақты режимде алынады және ол тұрақты токтар мен кернеулердің тәуелділігін көрсетеді. Сипаттамалар әдетте бірнеше тұрақты I_Э және U_КБ мәндерінде алынады. Бұл кезде статикалық    сипаттамалар тобы пайда болады:

а) ортақ базалы сұлба үшін кіріс сипаттама кіріс I_Э тогының кіріс U_ЭБ кернеуінен тұрақты шығыс кернеу U_КБ кезіндегі тәуелділігі болып табылады: I_Э = f(U_ЭБ),  U_КБ=const болғанда (5.6 -сурет). Бұл сипаттама U_кб=0 болғандағы тура бағытта ығысқан шала өткізгіш диодтың вольт-амперлік сипаттамасына ұқсас. Оң таңбалы коллектор кернеуін U_кб>0 берген кезде сипаттама солға ығысады. Бұл жағдай транзисторда бірқатар себептердің әсерінен пайда болатын ішкі кері байланыстың бар екендігін көрсетеді. Мысалы, коллекторлық кернеудің көбеюі база енінің азаюына әкеледі, осының салдарынан негізгі тасушылардың градиенті көбейіп, эмиттер тогы өседі және кіріс сипаттамалардың солға қарай тармақтала ығысуы туындайды. Iэ өскен кезде сипаттама түзуге қарай жақындайды;

б) ОБ сұлба бойынша транзистордың шығыс сипаттамалары коллектордың I_к шығыс тогының шығыс U_кб кернеуінен кіріс I_э тогы тұрақты болған кездегі тәуелділігі болып табылады: I_к =f(U _кб)|I_э =const (5.7-сурет).

I_э =0 болғанда, сипаттама диодтың кері тармағымен сәйкес келеді, коллекторлық өткелдің жылулық тогы I_к0 ағады. 5.7-суреттен көретініміздей, U_кб=0 және I_э > 0 болған кезде коллектор тогы I_к ≠ 0, өйткені эмиттер облысының базаға инжекцияланған негізгі тасушылары коллекторлық p-n-өткел арқылы коллектор облысына ығады. Коллектор тогы I_к (қосалқы тасушылар тогы), электрондардың базадан коллекторға қарай ығу ағыны электрондардың коллектордан базаға қарай диффузиялық ағынымен  (қос инжекция режимі) толықтырылған кездегі,  кері полюсті кернеудің белгілі бір мәнінде (коллекторлық өткел тура ығысқанда) ғана нөлге айналады.

Шығыс сипаттамалардың өте аз көлбеулігі коллекторлық өткелдің жабық күйде омдық кедергісінің жоғары екендігін көрсетеді, оның шамасы ондаған және жүздеген кОм;

в) токтың тура беріліс сипаттамасы коллектордың шығыс I_к тогының эмиттердің кіріс I_Э тогына шығыс кернеуі  тұрақты болған кездегі тәуелділігі болып табылады: U_кб  I_К = f(I_э)|U_кб (5.8-сурет).

α < 1 болса, онда сипаттаманың абсцисса өсіне көлбеулік бұрышы   -тен кіші болады. U_кб > 0 болғанда сипаттама бұрыш биссектрисасына ауытқиды, өйткені база модуляциясының нәтижесінде эмиттер тогы I_э тұрақты болғанда база енінің азаюына байланысты коллектор тогы I_к өседі .

ОБ қосылу сұлбасының кемшіліктері:

а) ток бойынша күшейту жоқ (α < 1);

б) кіріс кедергісі R_кір аз;

в) кіріс және шығыс кедергілердің арасында үлкен айырмашылық бар, соның әсерінен ОБ-мен сатылы сұлбаны құру мүмкін емес.

Артықшылықтары:

а) кернеу және қуат бойынша күшейту еселіктері жоғары;

б) жұмыстық жиіліктері жоғары, жиіліктік бұрмаланулар аз;

в) температуралық тұрақсыздығы аз;

г) сипаттамалардың сызықтығы жоғары.

ОБ сұлба ток тұрақтандырғыштарында және жұмыстық жиілігі аса жоғары сұлбаларда қолданылады.

5.7.3 Ортақ эмиттерлі сұлба бойынша транзистордың негізгі параметрлері

Іс жүзінде транзисторды ортақ эмиттермен жалғау сұлбасы жиі қолданылады. Мұндай жалғау кезінде база кіріс электрод  болып табылады, эмиттер жерге жалғанады (ортақ электрод), ал коллектор шығыс электрод болып табылады (сурет 5.5,б).

Ортақ эмиттерлі сұлбада:

а) ток бойынша күшейту еселігі |U_кэ=const ондаған және жүздеген бірліктер.    параметрі эмиттер тогының беріліс еселігімен келесі қатынас арқылы байланысады

;    ;

б) кернеу бойынша күшейту еселігі, ,

өйткені R_ж>>R_кір,  β>>1, онда K_u>>1 (жүздеген);

в) қуат бойынша күшейту еселігі - ондаған мыңдықтар;

г) кіріс кедергісі - жүздеген Ом және бірнеше кОм. Ортақ эмиттерлі сұлбаның кіріс кедергісі ортақ базалы сұлбаның кіріс кедергісінен үлкен;

д) шығыс кедергісі  ондаған кОм.

Осылайша, R _{шығ оэ} < R _{шығ об},  R _{кір оэ} > R_{кір об};

е) шығыс кернеудің фазалы ығысуы φ =π.

5.7.4 Ортақ эмиттерлі транзистордың статикалық сипаттамалары

ОЭ транзистордың кіріс және шығыс сипаттамалары ОБ транзистордың сипаттамаларынан өзгеше. ОЭ сұлба бойынша қосылған транзистордың кіріс сипаттамасы, берілген U_кэ кернеуінде кіріс I_б тогының U_бэ кернеуінен тәуелділігі болып табылады: I_б =f(U_бэ). Мұндай тәуелділіктердің жиынтығы транзистордың кіріс сипаттамаларының тобы деп аталады (5.9,а-сурет). U_кэ =0 болған кезде коллектор тізбегінде жылулық ток I_к0 болмайды және I_Б =f(U_бэ) тәуелділігі тура бағытта қосылған р-n–өткелдің ВАС-на сәйкес. U_кэ>0 болғанда коллектор тізбегінде I_б тогына қарсы бағытталған -I_к0 тогы пайда болады.

База тогындағы бұл токтың орнын толықтыру үшін қажетті U_бэ кернеуін беріп, I_б= I_к0 токты алу қажет. Бұл кіріс сипаттаманың оңға және  төмен ығысуына әкеледі.

Ортақ эмиттерлі сұлба бойынша транзистордың шығыс сипаттамасы дегеніміз берілген I_б тогындағы I_к = f(U_кэ) тәуелділігі (5.9,б- сурет). Егер I_б=0 болса, онда коллектор тізбегінде тек жылулық ток қана ағады, өйткені бұл жағдайда кемтіктердің эмиттерден базаға енуі (-n-p-транзистор үшін) немесе электрондардың эмиттерден базаға енуі (n-p-n–транзистор үшін) болмайды. U_кэ =0 болғанда коллектор тізбегінен ток өтпейді, бұл U_бэ және U_кэ кернеулерінің бір-біріне қарама-қарсы бағытталуымен түсіндіріледі, яғни коллектор потенциалы база потенциалынан жоғары және коллекторлық өткел бұл кезде жабық болады. Сондықтан шығыс сипаттамалар ординаталар өсін қиып өтпейді:

а) қисығы p-n өткелдің кері тармағына сәйкес келеді;

б) ОЭ шығыс сипаттамалары ОБ-ның сәйкес сипаттамаларының U_к = 0, I_к = 0 жағдайдағы бастапқы бөлігінен өзгеше, өйткені коллекторлық өткелдегі потенциалдар айырмасы нөлге тең;

в) I_б = 0 болғандағы қисық, ажыратылған базалы режимге сәйкес келеді. Транзистор арқылы коллектордың I_к0б – бойлаушы (сквозной) тогы ағады. I_к0б > I_к0, өйткені тек I _к0 тогы ғана емес, сонымен бірге I_эр тогы да ағады.

Ортақ эмиттерлі сұлба үшін коллектор тогын анықтайық. ОБ сұлбасы үшін

I_к=aI_э+I_ко=aI_б+aI_к+I_ко;

I_к(1-a)=aI_б+I_ко, бұдан

I_к = ;

болса, коллектор тогы I_к температура өскен сайын көп өседі . Температурлық тұрақтылығы ОБ сұлбасымен салыстырғанда нашар;

г) сипаттамалардың көлбеулігі ОБ сұлбасымен салыстырғанда үлкенірек, өйткені  еселігі кернеуіне аса тәуелді. база тогы тұрақты болып, сипаттамалар тобының U_кэ-і өссе, U_эб өседі, соның салдарынан эмиттер I_э және коллектор I_к токтары өседі

Ток бойынша тура беріліс сипаттамалары  5.10-суретте келтірілген:

а) қисықтардың көлбеулік бұрышы ОБ-мен салыстырғанда үлкен (I_б масштабы I_э қарағанда I_б үлкенірек масштабпен салынған);

б) база тогы өскенде сипаттамалардың пропорционалдық заңдылықтан ауытқуы, инжекция деңгейінің өсуіне қарай базадағы қосалқы тасушылардың өмір сүру уақытының азаюымен түсіндіріледі;

в) сипаттамалардың  тәуелді ығысуы, база енін   модуляциялаудың және соған сәйкес  азайған кезде коллектор тогының өсуінің салдары болып табылады.

ОЭ сұлбасының артықшылықтары:

а) токты, кернеуді және қуатты күшейтеді;

б) шығыс және кіріс кедергілерінің арасындағы айырмашылық аз, сонымен қатар .

Кемшіліктері:

а) температураға тәуелділігі жоғары;

б) сипаттамалары пропорционалдықтан айтарлықтай ауытқиды;

в) жұмыс істейтін жиілігі төмен.

ОЭ сұлбасы күшейткіштерде, генераторларда және басқа да құрылғыларда қолданылады.

5.7.5 Ортақ коллекторлы сұлба бойынша транзистордың негізгі параметрлері

Сұлба 5.11-суретте келтірілген. Мүндағы  I_кір » I_Б;  I_шығ = I_Э;

а) ток бойынша күшейту еселігі,  бірнеше ондыққа және жүздікке тең;

б) кернеу бойынша күшейту еселігі

, өйткені »0, онда К_U » 1, яғни кернеу бойынша күшейту болмайды;

в) қуат бойынша күшейту еселігі, - ондаған мыңдықтар;

г) кіріс кедергісі - жүздеген кОм;

д) шығыс кедергісі  жүздеген Ом;

е) шығыс кернеуінің фазалық ығысуы нөлге тең.

Сұлбаның артықшылықтары:

а) динамикалық диапазоны үлкен;

б) кіріс кедергісі үлкен ;

в) ток бойынша күшейту еселігі жоғары.

Кемшілігі – кернеу бойынша күшейтуі жоқ К_u » 1.

Шығыс кедергілері үлкен сұлбаларды кіріс кедергілері төмен сұлбалармен келістіруші саты ретінде пайдаланылады.

5.8 Транзистордың балама сұлбалары және параметрлер жүйесі

5.8.1 Физикалық Т-тәріздес балама сұлба

5.12-суретте ортақ базалы транзистордың Т-тәріздес балама сұлбасы келтірілген, мұндағы:− базаның активті облысының көлемдік кедергісі (100…400) Ом;

aI_Э – трснзистордың активті қасиеттерін бейнелейтін ток генераторы – эмиттер тогын I_э коллектор тізбегіне беру эффектісі;

a−эмиттер тогының беріліс еселігі;

r_э− эмиттерлік өткелдің дифференциалдық кедергісі;  (ондаған килоом),

әдетте I_э>>I_эо, онда r_э=. Мысалы, I_э=1мА болса, r_э=26 Ом; r_к – коллекторлық өткелдің дифференциалдық кедергісі, r_к =жүздеген кОм; С_к – коллекторлық өткелдің тосқауылдық сыйымдылығы;

С_э – эмиттерлік өткелдің диффузиялық сыйымдылығы.

5.13-суретте ортақ эмиттерлі Т-тәріздес физикалық балама сұлба келтірілген, мұндағы b ток генераторы I_б база тогының коллектор тізбегіне берілуін бейнелейді.

Коллектор кернеуінің өсімшесі екі өткелге де бөлінгендіктен,

С_кэ ¹ С_к;  r_кэ¹ r_к;

5.8.2 Транзисторды  балама төрт полюстікпен алмастыру сұлбасы

Биполюсті транзисторларға арналған анықтамалықтарда, әдетте, аз сигналды деп аталатын h-параметрлер келтіріледі. Бұл параметрлер қолдануға өте ыңғайлы, өйткені кез келген қосылу сұлбасында транзистор активті төрт полюстік түрінде келтіріле алады (5.14-сурет), оның кірісінде U₁ кернеуі және I₁ тогы ағады, ал шығысында –  U₂ кернеуі және I₂ тогы болады. Теңдеулер жүйесі мынандай түрде жазылады

;

.

Теңдеулерге еселіктер ретінде кіретін, берілген  h-параметрлер, мынадай физикалық мағына береді

 – шығыстағы қысқа тұйықталу кезіндегі кіріс кедергі (айнымалы ток бойынша);

h₁₂ = ₌₀ – кірістегі бос жүріс кезіндегі кернеу бойынша кері байланыс еселігі (айнымалы ток бойынша), шамамен 10^-5 төңірегінде, көптеген жағдайларда есептеулерде аздығына байланысты ескерілмейді;

h₂₁ = ₌₀ – шығыстағы қысқа тұйықталу кезіндегі ток беру еселігі;

h₂₂ = ₌₀ – кірістегі бос жүріс кезіндегі транзистордың шығыс өткізгіштігі.

Транзисторлар үшін әдетте  a, b еселіктерін емес, олардың бірінші дәрежелі жуық мәніне сәйкес  ОБ және ОЭ сұлбалары үшін тиісінше h_21б және h_21э параметрлерін береді.

ОЭ сұлба үшін h-параметрлердің физикалық параметрлермен байланысы мына түрде болады

h₁₁ = r^’_Б + r_Э∙(1+b);

h₁₂ = r_Э∙(1+b)/r_К;

h₂₁ =b;

h₂₂ =.

5.9 Транзистордың күшейту еселігінің жиіліктен тәуелділігі

Транзистордың инерциялық қасиеттері бар, өйткені тасушылардың базадағы ұшып өту уақыты шектеулі. Төменгі жиіліктерде, заряд тасушылардың базадағы ұшып өту уақыты сигналдың қайталану периодынан аз болғанда, электрондар үлесінің базада таралуы эмиттерден коллекторға қарай бір қалыпты азаяды.

Егер электрондардың базадағы ұшып өту уақыты сигналдың қайталану периодымен бірдей болса, таралу сипаты өзгереді.

Транзистордың кірісіне синусоида тәрізді сигнал берілсін делік. Сигналдың оң жарты толқыны әсер еткенде эмиттерлік өткелдің потенциалдық тосқауылы азаяды да, ЭӨ арқылы өтетін инжекцияланған заряд тасушылардың ағыны көбейеді. Жарты периодтан кейін сигналдың полюсі өзгеріп, ЭӨ потенциалдық тосқауылы жоғарылайды. Егер электрондар эмиттерден коллекторға дейінгі жолдың бір бөлігінен өтсе, онда электрондар үлесінің таралуы өзгереді және заряд тасушылар коллекторға ғана емес кері бағытта да, яғни эмиттерге де инжекцияланады. Ток беру еселігі азаяды. Ток беру еселігі a төменгі жиілікте -мен салыстырғанда  есеге (3 дБ) азаятын жиілік  - күшейтудің шектік жиілігі деп аталады (5.15-сурет).

5.10 Ығу транзисторы

Ығу транзисторы деп, базадағы қосалқы заряд тасушыларды тасымалдау негізінен электр өрісіндегі ығу процесі негізінде болатын, биполюсті транзисторды айтамыз.

Өріс, эмиттерден коллекторға қарай экспонентамен азаятын, базадағы қоспалардың бастапқы үлесінің әркелкі болуынан туындайды. Мысалы, n-p-n-транзисторда акцепторлық қоспа үлесінің градиенті әсерінен кемтіктер эмиттерлік өткелден коллекторлыққ өткелге қарай диффузиямен беріледі. КӨ маңында кемтіктер есебінен оң зарядтар жиналады, ал ЭӨ теріс иондардың орны толтырылмаған заряды жинақталады. Базада электрондардың эмиттерден коллекторға қозғалысын диффузиямен салыстырғанда  2…5 есе үлкен жылдамдықпен үдететін, электр өрісі Е туындайды. Транзистордың шекаралық күшейту жиілігі 2 - 5 есеге өседі .

Ығу транзисорлары  қосарланған диффузия технологиясымен жасалады. 

5.1- мәліметтер кестесінде транзистордың үш түрлі қосылу сұлбаларының негізгі параметрлері келтірілген.

5.1 Кесте

5.11 Ортақ эмиттерлі транзистордың динамикалық жұмыс істеу режимі

Графикалық талдау үшін транзистордың динамикалық сипаттамалары пайдаланылады – шығыс тізбекте жүктеме кедергісі болған кездегі, токтар мен кернеулердің лездік мәндерінің тәуелділіктері.

5.16-суретте бір сатылы транзисторлық күшейткіш келтірілген, мұндағы - шығыс сигналды алуға арналған коллекторлық жүктеме, R_Г – сигнал көзінің ішкі кедергісі. Саты кірісіне  сигналы берілген.

Транзистор R_К коллекторлық жүктемемен жұмыс істеген кезде I_К коллекторлық ток пен коллектордағы  кернеу U_К арасындағы байланыс жүктемелік сипаттама теңдеуімен өрнектеледі .

Динамикалық режимнің статикалық­ режиммен салыстырғандағы ерекшелігі, бір параметрдің өзгеруі  басқа параметрдің де өзгеруіне әкеледі. I_б артқан кезде коллектор тогы I_К және -дағы кернеудің түсуі U_Rк да өседі. Сондықтан статикалық сипаттамаларды пайдалануға болмайды. Күшейткішті талдау үшін кіріс және бойлаушы динамикалық сипаттамалары пайдаланылады.

Динамикалық бойлаушы сипаттамасын салайық. Ол үшін берілген транзистордың шығыс статикалық сипаттамаларына  тізбектің толық теңдеуі (немесе жүктемелік сызық теңдеуі) бойынша жүктеме сызығын (5.17-сурет) жүргіземіз.

Жүктемелік сипаттама, транзистордың шығыс сипаттамалар тобынан координаттар өстерінің Е_к/R_к және Е_к нүктелері арқылы өтетін, түзу болып табылады. Сипаттама, берілген ,  мәндерінде транзистордың типі жайлы ақпараттан тұрады.

Енді өтпелі динамикалық сипаттаманы   салу үшін вертикаль бойынша база токтарының горизонталь бойынша коллектор токтарымен қиылысу нүктелерін жаллғаймыз (екінші ширек).

5.18-суретте берілген база токтарында  теңдеуі бойынша  (контурлық қисық) статикалық сипаттаманың негізінде құрылған,  (үзік қисық) динамикалық кіріс сипаттама келтірілген. Динамикалық беріліс сипаттамасын (екінші ширек), кіріс динамикалық сипаттаманы (үшінші квадрант) пайдаланып, қиылысу нүктелерін бірінші квадрантқа көшіру жолымен динамикалық бойлаушы  сипаттамасын   саламыз (5.19-суретте, бірінші ширекте).

Нәтижесінде, транзистор типі, коллекторлық қорек кернеуі Е_к, коллекторлық жүктеме , кіріс сигнал е_Г және сигнал көзінің ішкі кедергісі R_Г жайлы ақпараттардан тұратын, S-тәрізді динамикалық бойлаушы сипаттамасын аламыз.

5.12 Бейызықты бұрмалануларды бағалау

Іс жүзінде бейсызықты бұрмалануларды есептеуде жуықтатылған Клин әдісі қолданылады (бес ордината әдісі). Бейызықты бұрмаланулар кіріс  немесе шығыс тізбектер әсерінен пайда болуы мүмкін. Бұрмаланулар еселігі ν динамикалық бойлаушы сипаттама салынғаннан кейін (5.20-сурет) анықталады

– 2-ші гармоника бойынша бұрмалану еселігі;

 – 3-ші гармоника бойынша бұрмалану еселігі;

.

Егер бұрмалану еселігінің алынған мәні ν > ν_задан болса, онда:

– жүктеме сызығының көлбеулігі өзгереді;

– сигнал көзінің қажетті ішкі кедергісі таңдап алынады;

– ТКБ қолданылады.

2-ші гармоника бойынша бұрмалануларды азайту үшін режимді, теріс және оң жарты толқындардың амплитудалары  тең болатындай етіп таңдаймыз.

3 - гармоника бойынша бұрмалануларды азайту үшін өзінің амплитудалық мәнінің жартысына жеткен сәтте, да өзінің амплитудалық мәнінің жартысына жетуі қажет.

5.13 Транзистордың кілттік режимде жұмыс істеуі

5.13.1 Ортақ эмиттерлі транзисторлық кілт

Цифрлық және импульстік техникада ортақ эмиттерлі кілт кең таралған (5.21-сурет). Сұлбадағы  –  шығыс сигналы алынатын  коллекторлық жүктеме. Кіріс сигнал U₁ транзисторға,  резистор R_б арқылы беріледі, ол U₁ өзгерген кездегі кіріс токты шектейді. Сыртқы түрі бойынша сұлбаның күшейткіш каскадтан айырмашылығы жоқ. Негізгі ерекшелігі кілттің жұмыс істеу режимінде. Режим кіріс сигналдың шамасымен және сұлба параметрлерімен қамта­масыз етіледі. Егер транзистор күшейту режимінде тек активті облыста  аз кіріс сигнал режимінде (сызықты режим) жұмыс істесе, онда кілтте – үлкен сигнал режимі (кілттік режим) болады. Кіріс кернеу кілттің қосылу және ажыратылу деңгейінің шегінен шығып кетеді.

Кезекті ауысып қосылудан кейін транзистор ток тоқтату күйінде немесе қанығу күйінде (немесе қанығуға жақын, егер кілт қанықпаған болса) болады. Ауысып қосылған кезде ол активті режимде.

5.22-суретте ортақ эмиттерлі кілттің статикалық беріліс сипаттамасы келтірілген, мұндағы - транзистордың қанығу шекарасы.

 қанығу шартынан анықталады i_б ≥ I_бн. Оған ; мәндерін қойып, аламыз.

Шығысында оған коллектордағы U_кж қалдық кернеуге тең кернеуі сәйкес келеді.

Жабық транзистор үшін , мұндағы I_б0 –транзистордың жабылған кезіндегі базадағы кері ток.

Транзистор болған кезде жабылады және ажыратылу деңгейі .

 болғандықтан,  деп есептеуге болады. Осы деңгейге сәйкес шығыс кернеу .

 болғандықтан, деп есептеуге болады.

Сипаттамадағы CD – қанығу бөлігі (кілт қосылған), АВ – ток тоқтату бөлігі (кілт ажыратылған), ВС – активті режим (кілттің ауысып қосылуы).

Осы режимдерді шығыс сипаттамалардан қарастырайық.

Транзистордың берілген типі бойынша ОЭ сұлбаның шығыс сипаттамаларының тобы  (5.23-сурет) және берілген кедергі R_к үшін теңдігі бойынша жүктеме сызығы жүргізіледі.

 болғанда , ал   болған кезде .

Координаттары осыған тең нүктелер түзумен қосылады. Бұл жүктеме сызығы болады.

1-мен белгіленген нүкте ток тоқтату режиміне сәйкес келеді, .

Бұл режимде екі өткел де (эмиттерлік және коллекторлық) кері бағытта ығысады (,) және жабық болады. Бірақ аздаған жылулық токтар ,, ағады. Эмиттердің жылулық тогы коллектордың жылулық тогынан біршама аз болғандықтан, , а  деп есептеген жөн.

Бұл жағдайда коллектор кернеуі  болады.

Кіріске үлкен оң кернеу берілгенде, транзистор қанығу күйінде болады (5.23-суреттегі 2-нүкте). Екі өткел де тура бағытта ығысады (, ). Өткелдердегі кернеулер аз, қалдық кернеу нөлге жақын болады. Барлық үш электрод та эквипотенциалды, яғни тран-зисторды қысқа тұйықтаушы ретінде қарастыра аламыз және кілттегі токтар тек сыртқы тізбектердің параметрлерімен ғана анықталады.

Активті режимге 3-нүкте сәйкес келеді (5.23-сурет). База тогы өзгерген кезде коллектор тогы өсіп (), ал коллектордағы кернеу кемиді ().

5.13.2 Транзисторлық кілттегі өтпелі процестер

Жазық биполюсті транзистордағы кілттің шапшаңдығы өтпелі процестермен, дәлірек айтқанда, базадағы зарядтың өзгеруімен анықталады. Өтпелі процестерді талдау үшін заряд әдісін пайдаланған ыңғайлы.

Кілттің кірісіне U₁ кернеуі берілсін делік, оның әсерінен кілттің қосылып ажыратылуы жүзеге асады. Бұл процестерді уақыттық диагараммалардың көмегімен қарастырайық (5.24-сурет).

Бастапқы күйде болған кезде транзистор кіріс теріс кернеумен  жабылады. Жылулық токтар (,,) аз болғандықтан оларды ескермейміз, сондықтан ,  деп аламыз.

Q заряды да нөлге тең, коллектордан алынатын шығыс кернеу .

Уақыттың -ге тең сәтінде кілт кіріс кернеудің   төмендеуімен қосылады. Базаның тура тогы  пайда болады. Транзистордың кіріс кедергісі  екенін ескеріп, база тогы өзгермейді және  тең деп аламыз.

Кілттің қосылуын екі кезеңге бөлуге болады: шығыс импульс алдыңғы шетінің  қалыптасуы және артық зарядтың жинақталуы. Коллектор тогы импульсі алдыңғы шетінің және  шығыс кернеудің қалыптасуы  уақыт аралығында өтеді. Транзистор активті облыста жұмыс істейді және оның базасында қосалқы тасушылардың заряды Q өседі.

Q-ды анықтау үшін заряд теңдеуін құрамыз

                   .                                          (5.1)

Басқарушы ток  эмиттерлік өткелдің  және коллекторлық өткелдің сыйымдылықтарының  (теңдеудуің алғашқы екі мүшесі) зарядын өзгертуге, базадағы  зарядты өзгертуге, рекомбинация нәтижесіндегі шығындардың  орнын толтыруға және базада жинақталған зарядты тұрақталған күйде сақтап тұруға жұмсалады.

Мұндағы  – ортақ эмиттерлі сұлбадағы транзистордың уақыт тұрақтысы, ол базадағы қосалқы тасушылардың өмір сүру уақытына тең.

Төмен жиілікті транзисторлар үшін алғашқы екі мүшенің әсері аз болғандықтан оларды ескермеуге болады.

                                   5.24 Сурет

Бұл жағдайда (5.1) келесі түрге келеді

                             .                                                                (5.2)

 (5.2)-ші өрнекті интегралдап  үшін, базадағы  зарядының активті режимде өзгеру заңдылығын анықтаймыз

             ,                                               (5.3)

ол өзінің тұрақталған мәніне ұмтылады

                             .                                                             (5.4)

Коллекторлық ток та дәл осындай заң бойынша өседі , өйткені

                  ,                                                                   (5.5)

мұндағы  – ортақ базалы сұлбадағы ток беру еселігі, – эмиттер тогы

                       ;                                                                     (5.6)

– ОБ сұлбадағы транзистордың уақыт тұрақтысы, ол базадағы қосалқы зарядтардың ұшып өтуінің орташа уақытына тең

Сонда

               ,                                                                       (5.7)

               ,                       (5.8)

мұндағы  – аз сигнал режиміндегі ОЭ сұлбаның ток беру еселігі;

 – дәл сол еселік үлкен сигнал режимінде;

 – келесі өрнектен анықтауға болады

,                                                    (5.9)

мұндағы  – болатын жиілік;

 – күшейтудің шекаралық жиілігі, мұнадғы  (төменгі жиіліктердегі ток беру еселігі) есеге кемиді.  және жиіліктері анықтамалықтарда келтіріледі.

артқан сайын  резистордағы кернеудің түсуі өседі  және коллектордағы кернеу кемиді.

уақыт мезетінде коллекторлық өткелдегі кернеу  нөлге жетеді де, коллекторлық өткел тура бағытта ығысып транзистор қанығу режиміне енеді. Қалдық кернеу ,  тогының өсуі тоқтап, ол өзінің ең үлкен мәніне жетеді

;              .

Осы мезетте базадағы заряд өзінің шекаралық мәніне жетеді

            .                               (5.10)

(5.10) - өрнектен көріп тұрғанымыздай,  транзистордың (,) және сыртқы тізбектің (,) параметрлерімен анықталады.

Артық зарядтың жинақталуы   мезетінде басталады. Транзистор қанығады, , , токтары тұрақты.

заряды ұқсас заңдылықпен (5.3) өсе береді, бірақ  транзистордың қанығуы кезінде-ның орнына ()–ға тең уақыт тұрақтысына сәйкес өзгереді. заряды,  шарты орындалғанда өзінің тұрақталған мәніне ұмтылады .

Кіріс  импульсінің соңына қарай заряд .

Егер  болса, онда  -ға жуық мәнге жетеді.

Кілттің ажыратылуын да екі кезеңге бөлуге болады: артық зарядтың сіңуі және шығыс импульстің үзілуінің қалыптасуы. Кіріс импульстің аяқталуы және оның кірісіне теріс -ге тең кернеуді беру сәтінде, база тізбегінде базадағы жинақталған зарядтың болуынан токтың теріс бағытта күрт өзгерісі пайда болады

 (болғандықтан, – ескермейміз).

Осы кері токтың әсерінен және тасушылардың рекомбинациялануынан базадағы заряд, уақыт тұрақтысы-ға сәйкес  мына заңдылықпен,

азайып -ға тең мәніне ұмтылады. Артық заряд таралып кетеді.

Уақыттың -ке тең сәтінде  -ның мәні -ға жетеді. Зарядтың  таралу уақыты  деп аталатын, -тен -ке дейінгі уақыт аралығында транзистор қанығу режимінде қала береді, коллектор тогы , коллектордағы кернеу . Транзистордың ажыратылуында   шамасына кідіріс болады.

Уақыттың -ке тең заряды  -ке жеткен сәтінде  , импульстің азаюы басталады, коллекторлық өткел кері бағытта ығысады, яғни транзистор активті режимге ауысады.  уақыт ағымында базадағы заряд -тен нөлге дейін экспоненталық заңдылықпен  тұрақталған мәніне ұмтыла отырып төмендей береді . Коллектордағы ток (5.7) зарядтың өзгерісіне пропорционал, өйткені активті режим орын алады және - нен дейін өзгереді.

Уақыттың -ке тең сәтінде   транзистор ток тоқтату режиміне енеді. Үлкен кіріс кедергі қалпына келеді. Эмиттерлік және коллекторлық өткелдердің тосқауылдық сыйымдылықтарының қайта зарядталу шамасына қарай база тогы  дейін төмендейді.

5.13.3 Кілттегі өтпелі процестердің ұзақтығы

Қазіргі заманда электрондық сұлбаларды жобалауда, интегралдық сұлбалардың күн сайын артып жатқан күрделену дәрежесіне, элементтердің керексіз параметрлерін және сұлба параметрлерінің шашыраңқылығын ескеру қажеттігіне байланысты есептеу техникасын пайдаланумен математикалық модельдеу тәсілін қолдану қажеттігі туындайды.

Беріліс функцияларын, жиіліктік сипаттамаларын, өтпелі және импульстік сипаттамаларды, статикалық режимдерді және т.б. есептеу үшін электрондық сұлбаның параметрлерін талдау және тиімділендіру кезеңінде есептеу техникасын қолдану өте тиімді.

Коллекторлық тізбегіне  жүктемесі және база тізбегіне қанығу режиміндегі база тогын шектеу үшін  кедергісі қосылған, ортақ эмиттерлі транзисторлық кілттегі өтпелі процесстердің ұзақтығын анықтайық. Сұлбаға коллекторлық қорек көзі жалғанады да, кіріс сигнал -ден -ге дейінгі күрт өзгереді.

Өтпелі процесстердің ұзақтығын есептеу үшін мына формуланы пайдаланамыз

                                  ,                    (5.11)

мұндағы  – зарядтың тұрақталған мәні;

,  – есепке алынған уақыт аралығының басындағы және соңындағы заряд мөлшері.

(5.11) формуласы экспоненталық функцияның белгілі аналитикалық өрнегінен t = t_к үшін  = деп қойып, алынған теңдікті  -ге қатысты шешілген мына теңдеуден алынады

                  .                         (5.12)

Заряд , -ден дейін -ға тең уақыт тұрақтысына сәйкес-ға ұмтылып өсетін алдыңғы беттің ұзақтығы мына қатынасқа  сай болады

                 ,                             (5.13)

мұнадғы  – транзистордың қанығу дәрежесі.

Зарядтың таралу ұзақтығы –заряд мөлшерінің -ге тең мәнге ұмтылып, -ден -ге дейін  уақыт тұрақтысымен азаятын уақыт.

                                   (5.14)

Төмендеу   ұзақтығы , заряд   -ге дейін азаятын уақытпен анықталады. Транзистор активті режимде, уақыт тұрақтысы -ға тең болса,

                         .                                                (5.15)

6 Өрістік транзисторлар

Өрістік транзистор дегеніміз жұмыс істеу принципі шала өткізгіштің кедергісін көлденең электр өрісімен модуляциялауға негізделген, :

а)шала өткізгішті аспап. Оның күшейткіштік қасиеттері, өткізуші арнасы  арқылы өтетін бір таңбалы негізгі заряд тасушылардың (униполюсті) ағынымен анықталады.

Транзисторлар мына түрлерге бөлінеді:

а) Басқарушы p-n өткелі бар (ПТУП-АБӨТ);

б) оқшауланған тиегі бар (МДЖ, МОЖ);

в) диэлектрлік табандағы шел тәрізді  өрістік (ҚӨТ).

6.1 Басқарушы p-n өткелі бар өрістік транзистор

Мұндай транзисторлардың бірнеше түрі бар. 1952 ж. Шокли алғашқы рет унитронды – жазық конфигурациялы өрістік транзисторды сипаттады. Транзистордағы өткізуші арна тиектен, кері бағытта ығысқан p-n өткелдермен, оқшауланған. Құйма және бастау электродтары арасындағы арна бойынша негізгі тасушылардың тогы ағады.

Бастау (Б) деп арнадағы негізгі заряд тасушылардың қозғалысы басталатын  электродты атайды. Заряд тасушылар жиналатын (құйылатын) электрод құйма (Қ) деп аталады. Басқарушы кернеу үшінші электрод – тиекке (Т) беріледі. Мұндай транзистордың құрылымы кернеу беру сұлбасымен және токтардың бағытымен 6.1-суретте бейнеленген.

  делік:

а) егер  болса, онда біркелкі р-п өткел пайда болады, |U_ТБ | кернеуі өскен сайын, өткел кеңейеді, ал өткізуші арна тарылады;

б) егер  кернеуі нөлге тең болмаса, онда арнаның ені, құйма тогының I_қ әсерінен арна кедергісіндегі кернеудің түсуі себебінен әркелкі болады. а нүктесінде кернеу U_а=U_ТБ -ға тең,  б нүктесінде  – U_б = U_ТБ + U_ҚБ.

Арнаның қимасы бастаудан құймаға қарай тарылады.

Басқарушы р-п  өткелді транзистордың жұмыс істеу принципі, кері кернеудің әсерінен р-п  өткелдің заряд тасушылар үлесі азайған облысының енінің өзгеруі себебінен, арна кедергісінің өзгеруіне негізделген. U_ТБ артқан кезде р-п өткел арнаға қарай өседі, арнаның көлденең қимасы және құйма тогы азаяды. Тиекте кернеу U_тб үлкен болған кезде арна жабылады (қабысады) да, ток нөлге ұмтылады. Тиек пен бастау арасындағы бұл кернеу U_ТБ ток токтату кернеуі U_ТТ деп аталады.

         Транзистордың негізгі сипаттамалары U_қб = const болғандағы құйма тиектік I_қ = f(U_тб) (сурет 6.3,а) және U_тб = const  болғандағы құймалық немесе шығыс сипаттамалары I_қ = f(U_қб) (сурет 6.3,б). Шығыс сипаттамаларды екі облысқа бөлуге болады: I-облыс токтың күрт  өзгеруі (сипаттаманың сызықты омдық бөлігі) және қанығу режиміне сәйкес келетін П облысы (бейсызықты жазық, жұмыстық бөлік). Аз  U_қб кезінде жабушы қабаттың кеңеюі мардымсыз. U_қб артқан кезде құйма тогы Ом заңы бойынша өседі, динамикалық тепе-теңдік туындайды: құйма тогының артуы р-п өткелдегі кернеудің түсуіне және құйма тогын азайтатын, арнаның тарылуына әкеледі. U_қб –ның кезекті артуы қиманы азайтпайды, ал «дәліз» немесе «мойын» деп аталатын, қиманың тар бөлігінің ұзындығын арттырады. Сондықтан құйма тогы тұрақты болады. В нүктесінде құйма кернеуі өткелдің тесілу кернеуіне жетеді. U_қб кернеуін ары қарай арттырсақ құйма тогы артып, аспап істен шығуы мүмкін. U_тб арттырғандағы процесстер (бастапқы қималар аз болғанда) осыған сәйкес, бірақ арнаның тарылуы ертерек басталады, бұл қанығу бөлігіне ерте шығуға әкеледі. Құйма тогы төмен деңгейде шектеледі.

U_қб = const болған кездегі құйма тиектік немесе беріліс сипаттамасы I_қ = f(U_тб) (сурет 6.3,а). Бұл сипаттаманы, тиектің басқарушы әрекетінің тиімділігін S = |_Ucи=соnst  көрсететін параметр – сипаттама тіктігін S есептеуде пайдаланады. Транзистордың екінші маңызды параметрі шығыс кедергісі|U_тб=const болып табылады. Өрістік транзисторлардың күшейткіштік қасиеттері, сипаттаманың тіктігіне және шығыс кедергісіне байланысты μ=R_i∙S, күшейту еселігімен |_Uтб=const  сипатталады.

Басқарушы р-п  өткелі бар кремний өрістік транзисторлардың параметрлерінің әдеттегі мәндері: S = 0,3…3 мА/В; R_i = 0,1…1 МОм;    μ = 10…100. Бұдан басқа, анықтамалықтарда, транзисторлардың физикалық және электрлік қасиеттерін сипаттайтын, мысалы, тиек кедергісі R_Т=(10⁹ – 10¹² Ом); арнаның кедергісі R_а = (50…800 Ом); тиек сыйымдылығы С_Т =(0,2…10 пФ) және т.б. параметрлер келтіріледі. Басқарушы р-п  өткелі бар транзисторлардың негізгі артықшылық­тары: жоғары кіріс кедергі, аз шулар, жасалу жеңілдігі, транзистор ашық кезде құйма мен бастау арасында қалдық кернеудің болмауы.

Электродтарының формасы цилиндр түрінде болатын өрістік тарнзистордың түрі текнетрон деп аталады. Оның сипаттамасының тіктігі жоғары. Электродтары сақина тәріздес және қосымша дискі тәрізді басқарушы электроды – престрикторы бар өрістік транзистор – алкатрон деп аталады. Ол унитронның вертикаль өске қатысты құйма арқылы айналдырудан пайда болады (6.4-сурет).

6.2 Тиегі оқшауланған өрістік транзисторлар

Тиегі оқшауланған транзисторлардың басқарушы р-п өткелі бар өрістік транзисторлардан ерекшелігі, алғашқыларындағы тиек электроды арнаның шала өткізгішті облысынан диэлектрик қабатымен оқшауланған.

Бұл транзисторлар құрылымы металл – диэлектрик – шала өткізгіш болады да қысқаша МДЖ деп аталады. Егер диэлектрик ретінде кремний оксиді пайдаланылса, оларды МОЖ-транзисторлар деп атайды. Арнаның кедергісі, сыртқы электр өрісі әсерінен шала өткізгіштің беткі қабатындағы (тиек асты) қозғалмалы тасушылар үлесінің өзгеруі себебінен өзгереді. Өріс, тиекке келтірілетін кернеумен жасалады. Тиек – бұл шала өткізгіш бетінен диэлектрлік қабаттан жұқа шелмен бөлінген, металл электрод. Шел тиекке оң немесе теріс кернеу беруге мүмкіндік береді. Тиек арқылы өтетін ток екі жағдайда да болмайды. Транзисторлар екі класқа жіктеледібөлінеді:

а) ішіне қондырылған (өткізуші) арналы;

б) индукцияланған (өткізбейтін) арналы.

6.2.1 Қондырылған арналы өрістік транзистор

Транзистордың құрылымы 6.5-суретте келтірілген. Мұндағы р⁺ – қоспа үлесі жоғары облыс; Д – диэлектрик; Ме – металл; Б – бастау; Т – тиек.

U_қб ≠ 0 және  = 0 болғанда құйма тогы I_қс ағады.

Егер <0 болса, арнаға кемтіктер тартылады – байыту режимі, I_қ тогы өседі. Ал >0 болса, кемтіктер тиектен кейін тебіледі де кедейлену режимі орын алады, I_қ тогы азаяды.

Транзистордың құйма-тиектік сипаттамалары  6.6,а-суретте келтірілген.

Транзистордың шығыс сипаттамалары  6.6,б-суретте келтірілген. Суреттерден МДЖ-транзистордың сипаттамалары унитрон сипаттамасына ұқсас екендігі көрініп тұр, бірақ Uт < 0 болғанда I_қ өседі .

6.2.2 Индукцияланған арналы транзистор

Бұл транзисторда (сурет 6.7) құрылымдық тұрғыдан анықталған арна болмайды.

U_Т =0 ,болса, онда I_қ=0, өйткені құйма мен бастау арасында өткізгіштік болмайды. Мұнда қарама-қарсы қосылған екі р-п өткел болады.

U_т > 0 болғанда электрондар бетке қарай тартылады . Кедейлену режимі қолданылмайды.

U_т < 0 болғанда кемтіктер тартылып ток өтетін индукцияланған арна А пайда болады.

Индукцияланған р арналы транзистор жасалуы қарапайым болғандығына байланысты кеңінен қолданылады.

Жасалу технологиясы – литографияны, эпитаксиалды өсіру, жұқа шелдерді тозаңдандыруды пайдаланатын қоспаларды диффузиялау.

МДЖ-транзисторлар параметрлерінің кейбір типтік мәндері: сипаттаманың тіктігі S = 0,1…3 мА/В; шығыс кедергісі R_i =10⁵...10⁷ Ом; күшейту еселігі μ=1…100; кіріс кедергісі ; .

болған кезде тиектің оксидті қабаты тесіліп, транзистор толық істен шығуы мүмкін. Мұндай асқын кернеулер жоғары кіріс кедергі және төмен кіріс сыйымдылықтан туындауы мүмкін. Статикалық зарядтар аса қауіпті, олар тіпті адам қолы тиіп кеткенінен аспап тесілуі мүмкін. Сондықтан МДЖ-транзисторды дәнекерлеу кезінде дәнекерлегішті, аспапты және монтаждаушының өзін жерге жалғастыру қажет. МДЖ-транзисторды қорғау үшін тиек пен төсеніш арасына стабилитрондар енгізіледі. Бірақ бұл жағдайда кіріс кедергі басқарушы р-п  өткелі бар өрістік транзистордың кіріс кедергі R_кір  шамасына дейін төмендейді.

Өрістік транзисторлар ортақ тиекті (ОТ), ортақ бастаулы (ОБ) және ортақ құймалы (ОҚ) сұлба бойынша қосылады. Өрістік транзисторлардың ерекше қасиеті, басқарушы сигнал ток емес, тиек – бастау тізбегіндегі кернеу болып табылады.

Өрістік транзисторлар әртүрлі күшейткіш және ажыратып қосқыш құрылғыларда қоланылады, оларды биполюсты транзисторлармен бірге жиі пайдаланады.

Оқшауланған тиекті транзисторлардың артықшылықтары:

а) жоғары кіріс кедергісі - R_кір  =  (р-п  өткелі бар); R_{кір мдж} = ;

б) жоғары шапшаңдық және температуралық тұрақтылық, өйткені ток негізгі тасушылардан құралады – инжекция және экстракция болмайды;

в) жасалу қарапайымдылығы және технологиясының оңайлылығы;

г) өлшемдері мен алатын орны аз;

д) функциялық мүмкіндіктері кең - резистор, конденсатор, диод ретінде пайдалануға болады – технологиялық тұрғыдан тиімді ИС;

е) кіріс және шығыс тізбектің гальваникалық ажыратылуы;

ж) арнайы ығыстырусыз жұмыс істеу мүмкіндігі (ИС ықшамдайды);

и) шу деңгейі төмен;

к) температуралық тұрақтылығы арқасында, арнайы түзетусіз параллель жұмыс істеу мүмкіндігі.

Кемшіліктері:

а) төзімділігі төмен;

б) ескіруге байланысты уақытқа тұрақтылығы төмен (диэлектриктің қасиеттері нашарлайды);

в) жұқа диэлектрик қабатының статикалық немесе келтірілген зарядпен тесілу мүмкіндігіне байланысты қауіпсіздік шараларын қабылдауды қажет етеді;

г)  үлкен кіріс сыйымдылығына байланысты жиіліктік қасиеттерінің нашар­лауы.

6.1-кестеде өрістік транзисторлардың шартты графикалық белгіленулері келтірілген.

6.1 Кесте

7 Ажыратқыш - қосқыш шала өткізгішті аспаптар

Ажыратып қосқыш шала өткізгіш аспаптарға тиристорлар, бір өткелді және құйындық транзисторлар жатады. Тиристорлар – екі тепе-теңдік күйі бар көп қабатты ажыратып қосқыш құрылымдар. Онда 4 немесе одан көп p-n қабаты және 3 немесе одан да көп p-n өткелі бар.

Олар мына түрлерге бөлінеді:

а) басқарылмайтын тиристорлар – екі электродты – динисторлар немесе диод-тиристорлар;

б) басқарылатын тиристорлар – ортаңғы электродтардың бірімен басқарылады – тринисторлар немесе триод-тиристорлар.

Барлық төрт электродынан шықпалары бар ортаңғы электродтардан басқарылатын  – тетрод-тиристор.

7.1 Динистор

 7.1-суретте динистордың құрылымы келтірілген.

Бұл құрылымды екі транзистордың бірігуі ретінде көрсетуге болады: p-n-p және n-p-n типті (7.2-сурет), биполюсті транзисторға ұқсас p1, n2 – эмиттерлер, n1, p2 – базалар, П1, П3 – эмиттерлік өткелдер, П2 – коллекторлық өткел.

П1 және П3 тура, П2 – кері бағытта қосылған. Сыртқы кернеу U толығымен дерлік П2 өткелге түседі. Аспап арқылы жабық коллекторлық өткелдің I = I_ко тогы ағады.

U кернеуін U_қос-ға  дейін арттырғанда П2 өткелде соққылық ионизация және құйындық тесілу дамиды, тасушылардың жаңа жұптары түзіледі. П2 өрісімен электрондар n1-базасына, ал кемтіктер р2-базасына қайтарылады. Базалардағы негізгі тасушылардың үлесі өседі. n1-базадағы электрондар сол жақ ЭӨ - П1 жақындап, потенциалдық тосқауылды төмендетіп, иондардың оң зарядын бейтараптайды. Бұл, кемтіктердің р1-ден n1-ге сонан кейін П2 арқылы ағынын арттырады. Осындай  процестер оң жақ П3  өткелде де жүреді. Электрондардың ағыны өседі. Процесс құйын тәріздес дамиды.

П2 арқылы және бүкіл аспап арқылы өтетін ток өседі. П2 арқылы қорытынды ток өтеді

,

мұндағы М – көбейту еселігі;

α₁, α₃ – П1 және П3-тен П2-ге ток беру еселіктері.

Барлық үш өткелден өтетін токтар бірдей және сыртқы токқа тең болғандықтан, былай жазуға болады

I=.           (7.1)

Мұндағы  α = α₁ + α₃ – екі эмиттерден коллекторға ток берудің қорытынды еселігі.

Әдетте базалар әртүрлі қалыңдықпен жасалады: Р2 – қалың, w>L (диффузиялық ұзындық) және ток беру еселігі α₃ << 1, n1 – жұқа, w ‹ L, α₁ ≈1. М=f(U) болғандықтан, (7.1) өрнегі айқын емес түрдегі ВАС.

(7.1) бойынша динистордың ВАС салайық (сурет 7.3). ВАС-ны 4 бөлікке бөлуге болады:

а) I – кернеудің аз мәндерінде П2- жабық, α ‹‹ 0,5. Кернеудің артуымен α әлсіз өседі , М көбірек өседі . Бұл бөлік аз токтармен және үлкен кернеулермен сипатталады – аспап ажыратылған;

б) П – U = U_ажыр болғанда М∙α=1, яғни (7.1) өрнектің бөлімі нөлге тең. П2 коллекторлық өткелі тура бағытта ығысады. α₁ және α₃ ток беру еселіктері көп өседі, бірақ өрнектің бөлімі нөлден кіші бола алмайды, өйткені ток тура бағытта ағады. Сондықтан α-ның артуы М-нің азаюымен қатар болуы қажет, ал М-нің азаюы U азайғанда ғана мүмкін, яғни токтың артуы кернеудің төмендеуімен қатар жүреді. Бұл теріс кедергісі бар өтпелі бөлік болғандықтан процесс құйын тәріздес жүреді;

в) Ш – динистор қосылған, кернеулер аз, токтар үлкен және динистор тізбегіне тізбектей кедергі қосумен шектеледі;

г) IV– аспап қосылған, ВАС кері тармағы қарапайым диодтікіндей.

Динистордың өлшемдері басқа ажыратып қосқыш сұлбалармен (реле) салыстырғанда кіші, бірақ кемшілігі – қосылу сәті басқарылмайды.

7.2 Тринистор

Аспаптың басқарушы электродтан (n1 немесе р2) шықпасы бар,  (сурет 7.4),  әдетте жұқа база n1-ден (α ≈1). Сондықтан аспаптың қосылу сәтін басқаруға болады. 7.5-суретте тиристордың ВАС келтірілген. Мұндағы  I_б – басқару тогы, I_б0 кезінде сипаттама диснистордың сипаттамасымен сәйкес келеді. I_б-ды өзгерте отырып, U_қос кернеуін сыртқы кернеуден тәуелсіз өзгертуге болады.

I_б-ның артуымен α өседі, М_α = 1 U_қос төмен болғанда ертерек  теңеседі. I_б-ның белгілі бір мәнінде сипаттаманың теріс кедергі бөлігі жоғалып, түзетілген сипаттама пайда болады. Тиристордың  артықшылы­ғы – оның қосылу сәтінің басқарылуы. Тиристорлар импульстік сұлбаларда, күшейткіштерде, генераторларда, түзеткіштерде және т.б. қолданылады.

Қарапайым триодтық тиристорлар басқарушы тізбектің көмегімен жабылмайды, тиристордағы токты ұстап тұрушы немесе ажыратушы токқа дейін азайту қажет.

Түрлері:

а) жабылатын триодтық тиристорлар – басқарушы электрод арқылы эмиттерлік өткелге U_кері  қысқа импульс бергенде жабылады;

б) симисторлар немесе симметриялы тиристорлар токты екі бағытта да өткізеді.

7.6,а – суретте  симметриялық динистор – диактың құрылымы, ал  7.6,б – суретте оның вольт-амперлік сипаттамасы келтірілген.

7.1-кестеде тиристорлардың шартты графикалық белгіленулері келтірілген.

7.1 Кесте

7.3 Бір өткелді транзистор

Бір өткелді транзистор –бір р-n өткелі және үш шықпасы бар шала өткізгішті аспап. Сонымен қатар екі базалы диод деп те аталады, өйткені оның бір р-n өткелі және екі базалық шықпасы бар, бірақ бұл атауы дәл ұғым бермейді. Бұл транзистор р-типті эмиттерлік облысы бар n-типті кристалл (база) болып табылады (7.7-сурет). Бір өткелді транзистор құрылымы жағынан басқарушы p-n өткелі бар өрістік транзисторға ұқсайды, бірақ жұмыс істеу принципі өзгеше. Мұндағы база көлденең қима ауданының өзгеруіне қарай өзінің кедергісін өзгертетін арна болып табылмайды.

 n-базаны ойша жоғарғы және төменгі бөліктерге бөлейік. База бөлігі Б1 – р-n өткел – эмиттер Э диодтың қызметін атқарады. Б2 база бөлігі – кернеу бөлгіштегі U_б ығысу иығы (7.8-сурет).

Транзистордың вольтамперлік сипатта­масы I_Э = f(Uэ)| _=const  7.8-суретте келтірілген.

U_Б > 0 және Uэ = 0 болғанда Б1 және Б2 арқылы аздаған ығысу тогы ағып, Б1 база бөлігінде, эмиттерлік өткел үшін кері болып табылатын, U_Б1 кернеудің түсуін туындатады. Өткел арқылы I_Э0 кері тогы ағады. Сипаттаманың 0А бөлігінде кернеу U_Б > 0, 0 ≤ U_Э ≤ U_Б1, өткел (ЭБ1) кері бағытта ығысып I_Э0 тогы ағады, U_Э  өскенде I_Э0 тогы азаяды.

А нүктесінде U_Э0 = U_Б1 болған кезде ток  I_Э0 = 0.

АВ (U_Э > U_Э0) бөлігінде р-n өткел тура бағытта ығысады және U_Э-ның артуымен өсетін I_Э тура тогы ағады. В нүктесінде I_Э тура тогы аққанда Б1 базасында тасушылар жинақталады, R_Б1 кедергісі және U_Б1 кернеуі азаяды, ал U_Б1 азаюы U_Э-дің Б1-ге қарағанда артуына парапар.

U_Э = U_қос болғанда бұл процесс құйын тәріздес болып өтеді:  мысалы, I_Э артсын делік, онда R_Б1 азаяды, U_Б1 кемиді, Uэ өседі, потенциалдық тосқауыл φ_к төмендейді, инжекция және I_э тогы өседі  және т.с.с.

ВС бөлігінде I_Э күрт өседі, U_Э кемиді, бұл теріс кедергі бөлігі.

С нүктесінде, Б1 қабаты заряд­тармен қаныққан кезде, оның кедергісі азаюын тоқтатады.

СД бөлігінде Iэ тогы Uэ-нің өсуіне байланысты өседі .

ВАС I_Э артқанда оңға, U_Б кемігенде солға қарай өзіне-өзі параллель ығысады, ал U_Б=0 болса, диодтың сипаттамасына сәйкес келеді.

7.9-суретте транзистордың қосы­лу сұлбасы келтірілген.

Бір өткелді транзисторлар кілттік элемент ретінде генераторларда, ауыстырып қосқыштарда, күшейткіш құрылғыларда пайдаланылады.

Аспаптың артықшылықтары – қарапайымдылығы мен U_Эқос шамасының тұрақтылығы болып табылады.

Кемшіліктері – жылдамдығы төмен (100…300 кГц ), таралатын қуат және қалдық кернеу көп, сигнал деңгейі бойынша басқа дискретті элементтермен сәйкес келмейді.

8 Оптоэлектрондық аспатар

Оптоэлектроника – оптикалық сигналдарды электр сигналына және кері түрлендіру мәселелерімен айналысатын, электроника облысы. Радиоэлектроникадағы жаңа бағыт – оптоэлекроника (ОЭ), үш ғылымның тоғысында – қатты дене физикасы, оптика және электроника пайда болды. ОЭ-ның элементтік негізін жарық көздері, оптикалық орталар (жарық жолдары) және фото кабылдағыштар құрайды:.

8.1 Жарық жолдары

Жарық жолдары – мөлдір шыныдан жасалатын, қабырғадан көп сатылы ішкі шағылысу нәтижесінде жарық таратуға арналған, жіңішке талшықтардың бумасы. Қалыңдығы бірнеше микрон шыны талшық арқылы жүзден аса оптикалық сигналдар елеусіз шығындармен беріле алады. Егер талшықтарға белгілі бір химиялық элементтер қосылып  жасалса, олар жарық сигналын күшейте алады.

8.2 Жарық көздері (ЖК)

ЖК жұмыс істеу принципі сәуленің индукциялану және  электр люминесценция құбылыстарын пайдалануға негізделген.

Индукцияланған сәулелену сыртқы фотондардың әсерімен жүзеге асырылады. Осы принциппен жұмыс істейтін сәулелендіргіштер – лазерлер (келесі ағылшын сөздерінен қысқартылған (аббревиатура) атау - light amplification by stimulated emission of radiation – жарықты индукцияланған сәуленің көмегімен күшейту).

8.2.1 Шала өткізгішті лазер

Хром атомдарының қоспалары бар рубин кристалындағы (Al₂O₃) лазер оның ең көп тараған түрі болып табылады. Иондалған хром атомдары рубиндегі лазерлік сәулелену көзі болып табылады. 8.1-суретте лазердің бейнесі көрсетілген, ондағы: 1 – когерентті жарық сәулелері; 2 – жартылай мөлдір айна; 3 – шағылыстырушы күміс айна; 4 – рубин кристалы; 5 – сәуле қоздырғыш шам.

Сәуле қоздырғыш шамға 5 жоғары вольтты импульстік кернеу беріледі. Оптикалық қоздырудың (электрондардың жарық сәулесінің әсерінен өткізгіштік аймағына өту процесі) сәулесі хром атомдарын қоздырады. Рубин кристаллы 4 оптикалық резонатор болып табылады, ондағы когерентті сәуле, жартылай мөлдір шағылыстырушы қабаттан 2 өтпес бұрын, 2 және 3 беттер арасында көп рет шағылысады. Лазердің ПӘК-і 0,5%, Р_{қоздыру} = 100 кВт, Р_с = 500 Вт.

Лазерлер медицинада және әсіресе голографияда кеңінен пайдаланылады (толық жазу – өріс толқындарын тіркеу және қайта жүргізу).

8.2.2 Электр люминесценттік конденсатор (8.2-сурет)

Электр люминесценция – қоздырылған шала өткізгіштердегі электрондардың рекомбинациялық ауысулары кезінде жарық шығару құбылысы. Ол электрондардың өз еркімен (кенеттен) валенттік аймаққа қайта келуі кезінде туындайды. Ал қоздыру күшті электр өрісімен, жабық p-n өткелдегі соққылық иондаумен немесе ашық p-n өткел арқылы тасушыларды инжекциялаумен жүзеге асырылады.

Индикатор ретінде оптикалық жұптардағы жарық көздері, жарық сезгіш материалда бекітуге арналған жарық көздері пайдаланылады.

Әйнек төсенішке 5 жартылай мөлдір өткізгіш қабат төменгі электрод 4 орнатылған. Электродтар арасындағы (жоғарғы 1 және төменгі 4) электр өрісі, жоғарғы электродтан 1 диэлектрикпен 2 оқшауланған люминофордағы 3 электр люми­несценцияны қоздырады. Жарық  жартылай мөлдір әйнек арқылы шығады.

Кемшілігі жандыру және сөндіру уақыттарының ұзақтығы (10^-3 ‑ 10^-4с).

8.3,а - суретте жарқырау сипаттамасы B = f(U) келтірілген, мұндағы U_min– тіректік кернеу, 8.3,б - суретте аспаптың ескіру сипаттамасы келтірілген. Қызмет көрсету мерзімі жасалу материалына тәуелді екені көрінеді.

8.2.3 Инжекциялық сәулелі диод

Сәулелі диодтың жұмыс істеуі p-n-өткелдегі сәуле шашырату рекомбинациясына негізделген. Тура ығысу кезінде инжекцияланған қосалқы тасушылар өткел маңында базадағы негізгі тасушылармен рекомбинацияланады. Бұл кезде жарық кванттары шашырайды. Сәуле шашу спектрдің инфрақызыл, көрінетін және ультракүлгін облыстарында болуы мүмкін.

Сәулелі диодтардың негізгі сипаттамалары:

а) бағытталу диаграммасы P = f(a) – материалдың құрылымына және оптикалық қасиеттеріне тәуелді ( 8.4-сурет);

б) спектрлік сипаттама B/B₀=f(l) – жарқыраудың толқын ұзындығынан тәуелділігі ‑ 8.5-суретте келтірілген, мұндағы B - жарқырау (кандела/м²); В₀ – максимал жарқырау; В/В₀ – салыстырмалы жарқырау;

в) жарқырау сипаттамасы B=f(I_Д) – жарқыраудың диод тогынан тәуелділігі   8.6-суретте келтірілген;

г) ВАС I_Д = f(U_Д) – түзеткіш диодтағыдай, бірақ сызықтылық қасиеті жоғары­рақ.

Жазық және жарты сфера тәрізді құрылымдар пайдалнылады.

Жазық құрылым (сурет 8.7,а) қарапайым. Жұмыстық беті үлкен (бірнеше мм²), бірақ тиімділігі төмен. Орам тығыздығы жоғары матрицалық құрылғыларда пайдаланылады.

 Жарты сфера тәрізді құрылым  (сурет 8.7,б) технологиялық тұрғыдан күрделі, бірақ тиімділігі артығырақ. Осыған орай ол көбірек қолданылады.

Сәулелену түсі ауысатын сәулелі диод (сурет 8.7,в) екі диодты құрылым болып табылады, әрбір p-n өткелі тәуелсіз басқарылады. Мысалы, жоғарғы p-n өткел жасыл түсті, төменгісі – қызыл түсті шашыратады. Егер екі өткел де ығысқан болса, онда жарқырау түсі – сары. Токты өзгертумен, сәуле шашыратудың кең аралықта өзгерісін ала отырып сәуле түсін өзгертуге болады. Төрт күйді бейнелеуге арналған индикатор ретінде пайдаланыла алады.

Сәулелі  диодтардан интегралдық орындаудағы инжекциялық лазерлер жасалады – когеренттік сәулелену көздері болып табылатын олар, энергияның көп бөлігін жоғары тиімділікпен және жылдамдықпен (базалық кристаллда матрица түрінде) тар спектрлік облысқа шоғырландырады. Олар ақпараттық таблоларда кеңінен қоданылады.

Кемшіліктері:

а) тиімділігі төмен;

б) ескіру кезінде сипаттамаларының азуы.

Артықшылықтары:

а) механикалық беріктігі;

б) жоғары сенімділігі;

в) өлшемдерінің кішілігі;