Биполярлы транзистор

КІРІСПЕ

Транзистордың көп тараған бір  түрі биполярлы транзистор болып табылады. Биполярлы транзисторлар үш кезектелген электрондық (п) немесе кемтіктік (р) өткізгіштік облыстардан тұрады. Олар р-п-р және п-р-п типті болып ажыратылады. Биполярлы транзистордың ортаңғы облысы база, қалған екеуі эмиттер және коллектор деп аталады. База эмиттер мен коллектордан тиісінше эмиттерлік және коллекторлық р-п ауысуларымен бөлінген. Биполярлық транзистордың жұмыс істеу принципі база арқылы өтетін негізгі емес заряд тасушылардың ағынын бақылауға негізделген. Эмиттерлік ауысу тура бағытта ығысқан және ол негізгі емес заряд тасушылардың инжексиясын (итерілуін, ендірілуін) қамтамасыз етеді, ал коллекторлық ауысу кері бағытта ығысқан, ол эмиттер итерген негізгі емес заряд тасушыларды жинап алуды қамтамасыз етеді. Биполярлық транзисторлар негізінен электр сигналдарын өндіруге, күшейтуге арналған. Транзисторлар физикалық және басқа да параметрлеріне байланысты төмен (3 МГц-ке дейін), жоғары (300 МГц-ке дейін), аса жоғары жиілікті (300 МГц-тен жоғары), аз қуатты (шектік сейілу қуаты 1 Вт-қа дейін), үлкен қуатты (шектік сейілу қуаты 1 Вт-тан жоғары), жоғары және төмен кернеулі, дрейфтік, т.б. түрлерге бөлінеді. Транзистор қазіргі кездегі микроэлектроника құрылғыларының негізгі элементі болып табылады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БИПОЛЯРЛЫҚ ТРАНЗИСТОРЛАР

Екі немесе бірнеше электрлік р-п  өткелі бар, қуатты күшейтуге жарайтын,  үш немесе одан да көп сыртқы қосылғышы  бар электрлік түрлендіргіш шала өткізгіш аспапты биполярлық транзисторлар дейміз. Транзисторларды қолданады күшейту және электрлік толқындарды генерациялау  немесе электрлік тізбекті коммутациялау үшін қолданылады.  Биполярлық  транзисторыларды түрлеріне байланысты бөледі  p-n-p және  n-p-n типтерге, қуат бойынша (кіші , орташа және үлкен ), жұмыстық жиілік бойынша(төменгі, орташа және  үлкен жиілікті)  және де басқа жағдайлар бойынша.  Суретте биполярлық транзистордың құрылымдық схемасы мен шартты белгісі көрсетілген.Электрлік қосылғышы бар кристаллдың ортанғы бөлімін база деп атаймыз (Б), тікелей қосылған өткелді – эмиттер дейміз (Э), екіншісі кері қосылғанды  - коллектор деп атаймыз (К).Эмиттер, база және  коллектор арасында  екі р-п өткел бар, ол эмиттерлік өткел және коллекторлық өткел аталады. 

1-сурет. Биполярлық транзистордың  жалпы құрылымы: 

1-эмиттерлік өткел  (ЭӨ), 2-коллекторлық  өткел   (КӨ)

 Транзистордың p-n-p және  n-p-n типтерінің шартты белгілері:

 

2-сурет. Транзистордың p-n-p және  n-p-n типтерінің белгіленуі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БИПОЛЯРЛЫҚ  ТРАНЗИСТОРДЫҢ МАҢЫЗДЫ ПАРАМЕТРЛЕРІ

Транзисторларда бір-бірімен  байланысты төрт шама бар. Олар: кіріс  және шығыс тогы, сонымен қатар  кіріс және шығыс кернеуі:

U_кір = U₁,  I_кір = I₁,   U_шығ = U₂,     I_шығ = I₂.

          Осы келтірілген параметрлерден  басқа, транзисторларда басқа  да параметрлер жүйесі қолданылады,  ол жүйені транзистордың һ  параметрі деп те атайды.

  Транзистордың   h-параметрін анықтау. Транзисторлар сұлбаларын есептегенде және анализдегенде транзистордың эквивалентті схемасын және оған арналған параметрлер жүйесіне сүйенеміз. Транзисторлардың физикалық параметрлер жүесінің кемшілігі, олардың  ішінен барлығы да   өлшене бермейді. h-параметрлер жүйесінде транзисторлардың параметрлері активті сызықты 4-ұштықты параметрлермен анықталады. h-параметрлер жүйесінде тәуелді емес айнымалы бойынша кіріс токты қабылдайды(I₁) және шығыс кернеу(U₂). Осыдан , U₁ = h₁₁ I₁ + h₁₂ U₂,  I₂ = h₂₁ I₁ + h₂₂ U₂ біз төрт параметрді анықтаймыз ,ол  қысқаша тұйықталу режимінде (U₂=0)   және бос жүріс режимінде болады (I₁=0).  h₁₁- кіріс сипаттамасы, h₁₂-кері байланыс коэффициентті, h₂₁- токты беру коэффициентті, h₂₂- шығыс өткізгіштік.

Һ параметрінің бұл түрлерінің әр қайсысына жеклей тоқталсақ:

1. Кіріс сипаттамасы:

h₁₁ = DU₁/DI₁      U₂ = const  болғанда.     

айнымалы кіріс тогына шығысында қысқа тұйықталу болатын, яғни шығысында айнымалы кернеу болмайтын транзистордың кедергісі болып табылады.

2. Кернеу бойынша кері байланыс коэффициенті:

h₁₂ = DU₁/DU₂      I₁ = const болғанда.

кірістегі айнымалы кернеудің  кандай мөлшері кері байланыс салдарынан транзистордың кірісіне берілетінін  көрсетеді.

3. Токтың күшейту коэффициенті (токты беру коэффициенті):

h₂₁ = DI₂/DI₁         U₂ = const  болғанда.

жүктемесіз жұмыс істеу  кезінде транзистордың айнымалы тогының күшейтуін көрсетеді.

4. Шығыс өткізгіштік:

h₂₂ = DI₂/DU₂          I₁ = const  болғанда.

бұл, транзистордың шығыс қысқыштарының арасындағы айнымалы токтың өткізгіштігін сипаттайды.

      

 

 Бұл параметрлердің  ортақ эмиттер арқылы қосылу сұлбасында келесі теңдіктерді аламыз:

мұндағы

                           һ_11Э = DU_БЭ/DІ_Б      U_КЭ = const;

                 h_12Э = DU_БЭ/DU_КЭ       І_Б = const; 

                 h_21Э = DI_К/DI_Б       U_КЭ = const; 

                 h₂₂ = DI_К/DU_К          І_Б = const. 

Коллекторлық ауысудың қызуына  жол бермеу үшін одан коллекторлық ток өткенде шығарылатын қуатты белгілі бір максимал шамадан  асырмау керек:

Сонымен қатар коллекторлық кернеуге де шектеулер бар:

және коллектролық ток  үшін де:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БИПОЛЯРЛЫҚ  ТРАНЗИСТОРДЫҢ ҚОСЫЛУ СҰЛБАЛАРЫ

Транзистордың кез-келген қосылулары екі маңызды көрсеткішпен сипатталады:

• Ток бойынша күшейту коэффициенті  І_шығ/І_кір;
• Кіріс кедергісі R_кір= U_кір/І_кір.

Ортақ базамен қосылу сұлбасы  :

Бұл схема үшін, кіріс тогы эмиттер  тогы болып саналады, ал шығыс –  коллектор тогы болады.Дифференциалды  R_кір  транзисторы ОБ схемасында аз, ал R_шығ көп. Коллекторлық кернеу эмиттер тогына әсер етеді. ОБ сұлбасы диффернциалды тікелей токты беру коэффициентті сипатталады: α = ΔΙ_к / ΔΙ_э

Ток бойынша күшейту коэффициенті көп жағдайда бірден кіші болады:

Ток бойынша  статикалық күшейту коэффициенті (токтың берілу коэффициенті), ОБ сұлбасында α деп белгіленеді. Ол жүктемесіз (R_ж=0) режим үшін, яғни коллектор-база тұрақты кернеуі үшін анықталады:                                                        u_к-б=const.

Статикалық күшейту коэффициенті α, 1-ге жақындаған сайын транзистор жақсара түседі. Ток бойынша күшейту коэффициенті k_i, α-дан аз мөлшерге кіші, сол себепті жүктеме R_ж қосылғанда коллектор тогы азаяды.

 Кернеу  бойынша күшейту коэффициенті:                                         

Қуат  бойынша күшейту коэффициенті:

 k_p=k_i · k_u.              екенін ескерсек, сонда .

Кіріс кедергісі  :             

Артықшылығы температура және жиіліктік сипаттамаларының икемділігі, сонымен қатар ОЭ сұлбасына қарағанда күшейтулердің аз бұрмалануы.

Кемшілігі ішкі кедергісінің төмендігі және база мен коллектордың түрлі қорек көзінен қоректенуі.

 

Ортақ эмиттер қосылу сұлбасы :

 

Базаның кішігірім тогы кіріс тогы болып саналды, ал шығыс- коллекторлық болады. ОЭ сұлбасы кернеу және токты   күшейтеді . R_кір және  R_шығ ОБ схемасына қарағанда көбірек. ОЭ сұлбасы диффернциалды тікелей токты беру коэффициентті сипатталады: β = ΔΙ_к / ΔΙ_б онда  β = α / (1-α), егер  ΔΙ_к / ΔΙ_б = 1/ α.

Ток бойынша  күшейту коэффициенті k_i – бұл кіріс және шығыс айнымалы ток амплитудаларының қатынасы:

.

Ток бойынша  статикалық күшейту коэффициенті β жүктемесіз (R_ж=0) режим үшін, яғни коллектор-эмиттер тұрақты кернеуі үшін анықталады: , при u_к-э=const.

Кернеу  бойынша күшейту коэффициенті айнымалы кернеудің амплитудалық немесе кіріс шығыс мәндерінің қатынасымен анықталады:

Қуат  бойынша күшейту коэффициенті k_p шығыс және кіріс қуаттарының қатынасымен анықталады. Бұл қуаттардың әрқайсысы ток пен кернеудің жартысына тең:

Сондықтан             

Транзистордың тағы бір басты  мәні ол – Ом заңы арқылы анықталатын кіріс кедергісі. ОЭ үшін:

ОЭ сұлбасының күшейтуі кезінде каскад кернеу фазасына бұрылады, яғни кіріс кернеуінің фазасын 180°-қа ығыстырады.

ОЭ сұлбасының артықшылығы – коллектордың және базаның бір қорек көзінен қоректенуі.

Кемшілігі – температуралық және жиіліктік сипаттамаларының нашарлығы. Жиіліктің аз ғана жоғарылауы оның күшейтуінің өте көп төмендеуіне алып келеді. ОЭ сұлбасының жұмыс істеу режимі температураға да өте көп байланысты.

Ортақ коллектормен қосылу сұлбасы :

Ортақ коллектор сұлбасында кіріс  тогы база тогы болып есептелінеді, ал шығыс – эмиттер тогы болады.Бұл сұлба ток және қуат бойынша күшейтеді, бірақ кернеу бойынша күшейтпейді,сондықтан көп қолданбайды. ОК сұлбасында шығыс кедергісі аз және транзистордың барық қосылу сұлбасында кірісі көп . Бұл сұлба үшін тікелей токты беру коэффициетті:

ΔΙ_э / ΔΙ_б=  β + 1

Кіріс кернеуі база-эмиттер және шығыс кернеуінің қосындысынан тұрады:

Ток бойынша  күшейту коэффициенті:

Бұл схема ОЭ сұлбасының сипаттамаларына ұқсас.

Кернеу  бойынша күшейту коэффициенті 1-ге жақын, бірақ әрқашан одан аз:

Қуат  бойынша күшейту коэффициенті

Бұл сұлба эмиттерлік қайталағыш деп аталады. Өткені жүктеме кедергі эмиттерге қосылған және шығыс кернеуі эмиттерден бөлініп алынады.

Кіріс кедергісі:

Бұл сұлбаның негізгі артықшылығы үлкен кіріс кедергісінің болуы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТРАНЗИСТОРДЫҢ СТАТИКАЛЫҚ СИПАТТАМАСЫ

Ортақ базамен транзистордың  статикакалық сипаттамасы. Кіріс сипаттамсы – тұрақты шығыс кернеу кезінеде, кіріс кернеуден кіріс токтың тәуелділігі I_э=j(U_эб) тең болады U_кб –const  болғанда. Шығыс сипаттамасы – I_к және U_кб.тәуелді  I_к=j(U_кб) болғанда  I_э = const.

                  Кіріс сипаттамасы                              Шығыс сипаттамасы  

Ортақ эмиттермен транзистордың  статикалық сипаттамсы. Кіріс сипаттмасы: I_б=j(U_бэ) болғанда  U_кэ= const. Шығыс сипаттмасы тәуелділігі   I_к және  U_кэ ,  I_к=j(U_кэ) болғанда  I_б = const

          Кіріс сипаттамасы                                      Шығыс сипаттамасы

 

Ортақ коллектормен  транзистордың  статикалық сипаттамсы.

Кіріс сипаттмасы тәуелділігі  I_б  және U_бк,

I_б=j(U_бк) болғанда U_эк = const

Шығыс сипаттамасы тәуелділігі  I_б=j(U_кэ) болғанда I_б = const

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР

1. Студенттердің пәндік оқу-әдістемелік кешені: «Электроника негізі» пәні бойынша.  Құрастырушылар: ф-м. ғ. к. Нұрманов М.Ш., ассистент Бигалиева Ж.С. –Алматы 2005
2. И.П. Жеребцов Основы электроники: -Ленинград 1989
3. http://ru.wikipedia.org/wiki/