Биполярлық транзистор

Жоспар:

1. Кіріспе

Транзистор

2. Негізгі бөлім

1.Биполярлық транзисторға жалпы сипаттама

2. Биполярлық  транзисторлық құрылысы

3.Транзистордың жұмыс істеу принципі,биполярлық транзистордың түрлері

4.Транзистордың маңызды  параметрлері

5. Транзистордың жұмыс iстеу принципi

6. Транзисторды қосу тәсілдері

7. Биполяр транзистордың p-n өткеліндегі вольт-амперлік сипаттамасы

Қорытынды

Транзисторлардың қолданылу  аясы

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

              Транзистор  (ағылш. transfer - тасымалдау және resistor - кедергіш) — электр тербелістерін күшейтуге, оларды тудыруға және түрлендіруге арналып жартылай өткізгіш кристалл негізінде жасалған электрондық құрал. Электрондық лампа сияқты қызмет атқаратын транзисторлар одан өлшемінің едәуір кішілігімен, электр энергиясын тұтынудағы аса үнемділігімен, механикалық аса беріктігімен және бүлінбей ұзақ жұмыс істейтіндігімен, бірден әсер етуге әзірлігімен ерекшеленеді. Радиолампа орнына қолданылатын жартылай өткізгіш аспаптар (транзисторлар) негізінде жасалған өте кішкентай радиоқабылдағыштарды көбінесе транзисторлар деп дұрыс атамайды; оның дұрыс атауы — транзисторлы қабылдағыш немесе транзистор негізінде жасалған қабылдағыш.1956 жылы қос полярлық транзисторды ойлап шығарғандары үшін Уильям Шокли, Джон Бардин және Уолтер Браттейн физикадан Нобель премиясын алған болатын.

 

        

                                       Негізгі  бөлім

          Екi шетiнiң электрөткiзгiштiгi бiр  типтi (n- немесе p-типтi), ал арасының  өткiзгiштiгi керiсiнше  (p- немесе n- типтi) болатын тұтас шалаөткiзгiш  құрылымды биполярлы транзистор деп атайды. Бiр-бiрiне жақын (арасы бiрнеше микрон ғана) және өткiзгiштiк түрiмен кезектесе орналасқан үш аймақ қарама - қарсы қосылған және тығыз әсерлесетiн екi p-n- өткелiн құрайды. Аймақтардың өткiзгiштiгiне қарай және өзара орналасуына байланысты олар p-n-p немесе n-p-n болып екiге жiктелiп схемаларда шартты белгiлермен кескiнделедi (1-сурет).

1-сурет.Транзистордың құрылымы

Транзистордағы p-n- өткелдерiнiң  аумағы бiрдей емес. n1+-p- өткелiнiң аумағы n2 –p өткелiне қарағанда айтарлықтай  кiшi болып келедi (1- суреттi қараңыз). Сонымен қатар, қоспа атомдардың концентрациясы транзистордың әр аймағында әртүрлi, яғни транзистордың құрылымы ассиметриялық түрiнде жасалынады. Кристалдың бiр шетi (суретте n1+ қабаты) екiншi шетiне (n2 қабаты) қарағанда өте күштi легiрленген (енгiзiлген қоспалы атомдардың концентрациясы тым жоғары). 1.2-суретте көрсетілген кристалдың электрлік шығысы бар орталық бөлігін база,бір шеткісін – эмиттер,екіншісін коллектор деп атайды.Эмиттер,база және коллектор арасында екі p-n ауысулары бар:эмиттерлік (1) және коллекторлық (2).Базаның электр өткізгіштігі электрондық та,кемтіктік те болуы мүмкін.Соған сәйкесті транзисторы да p-n-p немесе  n-p-n  құрылымды болады.Транзистордың электродтары кіріс (эмиттер-базалық) және шығыс (коллекторлық-базалық) екі электр тізбегі түзілетіндей  және тұрақты э.қ.к-інің көздеріне қосылады.Кіріс тізбегіне тербеліс көзі қосылуы,ал шығысқа – жүктеме резисторы  қосылуы мүмкін.Тербелісті күшейту үшін транзисторды пайдаланғанда оның эмиттерлік ауысуы тура,ал коллекторлық  - кері бағытта қосылады.

Транзистордың жұмыс  істеу принципі оның электродтардың токтарын басқару ауысуға жеткізілген кернеуден тәуелділігіне негізделген.Жалпы жағдайда бұл тәуелділік өте күрделі,сондықтан біз транзимтордың қасиетіне әсер ететін факторларды ескермейтін,оның қарапайым моделін қарастырамыз.Сыртқы кернеу (1.3-суретіндегі және нөлге тең) болмағанда кристалл энергетикалық тепе-теңдікте болады:барлық қоспалы атомдар иондалған,Ферми деңгейі акцепторлардың деңгейінен жоғары  p- облыстарында жатады,ал базалық қабатта (n – облысында ) – донорлардан төмен деңгейде жатады.

Эмитттерлік ауысуға  сыртқы кернеу көзін (эмиттерге оң полюсті,терісін базаға) қосқанда және коллекторлық ауысудың электродтары қысқа тұйықталғанда,бұл тура ауысу болып,потенциалдар айырымы

= шамасына азаяды,кемтіктерді  p- облысынан  n – облысына тасымалдау – инжекциясы басталады.База облысында тасымалдаушылардың белгілі бір бөлігі     көзінен келетін электрондармен рекомбинацияланады.Қалған бөлігі хаосты түрде қозғалып,коллекторлық ауысуға тақалып,базамен қосылған коллектор арқылы еркін өтіп кетеді.Екі тізбекте де ток пайда болады.Осы тектес эффект коллектор тізбегінде коллекторлық ауысуды сыртқы кернеуге (оң полюсті коллекторға) қосқанда  және эмиттерлік ауысудың шығыстары қысқа тұйықталғанда байқалады.Сыртқы    кернеуінің полярлығын өзгерткенде, яғни коллекторда теріс потенциал болғанда,коллекторлық ауысу теріс ығысқан болып шығады.Эмиттерді ажыратқан кезде,ауысу облысында күшті электр өрісі туады.Ол өріс базалық қабатта болатын негізгі емес тасымалдаушылар – кемтіктегі жұтып,олар онша көп болмағандықтан тізбекте колллектордың теріс тоғы (=0 болғанда) деп аталатын,аз ғана тогын тудырады.

        Транзисторлардың  полярлығымен бір мезетте олардың  кіріс және шығыстарын  және   сыртқы көздерге қосуда жүретін процестер 1.2- суретте көрсетілген.

 болғандықтан,базалық  облыстағы аз мөлшерлі кемтіктер  рекомбинацияланады,ал қалғандары  коллектор бағытында диффузияланып  коллеторлік ауысудың күшті электр  өрісіне келіп түседі коллектор  облысына ауысады (бұл процесті  экстракция деп атайды).

Биполярлық транзисторлар дрейфтік және дрейфтік емес деп бөлінеді. Дрейфтік  транзисторларда базаның қалыңдығында қоспа біркелкі болып орналаспаған:эмиттерлік ауысу маңында негізгі тасымалдаушылардың (электрондардың) концентрациясы коллекторлық ауысу маңындағыдан (шамамен   көп. Дрейфтік емес транзисторларда қоспа базаның барлық көлеміне бірқалыпты таралады.Олардың өзіне тән ішкі өрісі болмайды,сондықтан эмиттерден инжектрленген тасымалдаушылар өз еонцентрациясының  градиентінің әсер етуімен базаның түбіне қарай коллектор бағытына диффузияланады.Бұл кезде тасымалдаушылардың дрейфі болмайды.

Транзистордың сапасын сипаттайтын маңызды параметрлері эмиттерден колллекторға токты беретін дифференциалдық коэффициент     және база тоғын беретін дифференциалдық коэффициент   болып табылады.

Токтың берілу коэффициенті деп,оның колллектор тізбегіндегі     тұрақты болған кездегі,коллектор тоғының   өсімшесінің оны тудыратын эмиттер тогының    қатынасын айтады,яғни    болғанда,

  /

Қазіргі кездегі транзисторларда   болады.

Токты кездегі беретін  дифференциалдық коэффициент     деп, коллектордағы токтың  өсімшесінің оны тудыратын база тоғының өсімшесіне қатынасын айтады, яғни    болғанда,

  /

Транзистордың жұмыс iстеу принципi .Транзистордың әрбiр өткелдерiне сыртқы кернеу тура немесе керi бағытта берiлуi мүмкiн. Кернеудiң берiлуiне қарай транзистор төрт ереже бойынша жұмыс iстейдi. Транзистордың екi өткелiне бiрдей керi кернеу берiлсе, транзистор ток өткiзбейтiн ережеде  (режим отсечки) болады. Екi өткелiне кернеу тура бағытта берiлсе –транзистор қанығу ережесiнде. Эмиттерлiк өткелiне кернеу тура бағытта, ал коллектор өткелiне керi бағытта берiлсе- транзистор активтi ережесiнде жұмыс істегенi. Ендi эмиттерлiк өткелiне керi бағытта, ал коллектор өткелiне тура бағытта кернеу берiлсе – транзистор керi бағытта ток  жүргiзiп инверсия ережесiнде iстегенi. Күшейткiште транзистордың эмиттерiне кернеу тура бағытта берiледi (яғни өткелi ашық), коллекторына керi бағытта (яғни өткелi жабық).

Транзисторды  қосу тәсілдері.Транзистордың үш электродының бірі – кіріске,екіншісі – шығысқа қосылады,ал үшіншісі – кіріс және шығыс үшін ортақ болады.Осыған байланысты транзисторларды қосудың үш түрі болады:ортақ базамен (ОБ),ортақ эмиттермен (ОЭ),ортақ коллектормен (ОК).1.3- суретте а)ортақ базамен (ОБ),в) ортақ эмиттермен (ОЭ ),с)ортақ коллектормен (ОК) мысалы көрсетілген.

1.3- сурет

Биполяр транзистордың p-n өткеліндегі вольт-амперлік сипаттамасы.Егер өткелдiң iшкi электр өрiсiне сай (бiр бағытта) сырттан кернеу берiлсе (яғни p- аймағына терiс, n-аймағына оң кернеу), онда өткелдiң кернеулiгi артып, потенциал биiктiгi (ϕ0 +Е) мәнiне дейiн өседi. Берiлген кернеу мөлшерiне қарай потенциалды барьер биiктей келе негiзгi тасушылардың диффузиялық қозғалысы тоқтала бастап тоғы нөлге теңеледi. Сонда мына  формула бойынша өткелдiң жалпы тоғы Ip-n =Iдиф –I0 =-I0 аз (бiрнеше микроампер) ғана керi тоғына тең болады. Сонымен қатар, электр өрiсi ұлғая келе негiзгi тасушыларды керi айдай бастайды, яғни жапқыш жолағы кеңейе түседi. 3б- суретте кернеу берiлгенжолы керi қосу әдiсi деп аталады. Ал ендi p-n өткелге сырттан кернеу тура бағытта берiлсе (p- аймағына оң, n- аймағына терiс кернеу), онда iшкi электр өрiсiнiң және сыртқы электр өрiсiнiң бағыттары бiр-бiрiне қарама-қарсы болып, өткелдiң потенциал биiктiгiн (ϕ0-Е) мәнiне дейiн төмендетедi (3в -сурет). Потенциал биiктiгi төмендегенде (яғни жапқыш жолағы тарылғанда) негiзгi тасушылар өткелден бүркiле қозғалып (инжекция құбылысы) диффузия тоғын арттырады. Екiншi аймаққа келiп олар негiзгi емес тасушылар болып қалады. Сонымен, p-n өткелдiң вольт-амперлiк сипаттамасы ассиметриялық т‰рiнде көрсетiледi (1.4-сурет).

1.4-сурет

Қорытынды

           Биполярлық транзистор (Биполярный транзистор) — үш рет кезектесіп орналастырылған электрондық (п) немесе кемтіктік (р) типті откізгішті шалаөткізгіш облыстары, екі р-п өткелі бар, яғни п-р-п не р-п-р құрылымды, көбіне үш электроды (шықпаса) болатын, электр сигналдарын күшейтуге, түрлендіруге арналған шалаөткізгіш аспап. Б.т. жұмысы база деп аталатын ортаңғы облысы арқылы ағып өтетін негізгі емес заряд тасымалдаушылардың ағынын басқаруга негізделген, әдетте, тікелей бағытта ығысқан және базаға негізгі емес зарядтасымалдаушылардын инжекциясын қамтамасыз ететін электронды-кемтіктік өткел эмиттерлік деп аталады, ал осы откелмен базадан бөлінген сол жактагы шалаөткізгіш облыс эмиттер цеп аталады. Кері бағытта ығысқ ан және эмиттерден инжекция жасап, база арқылы өзіне тақаған негізгі емес заряд тасымалдаушыларды жинауды қамтамасыз ететін өткел коллекторлық деп аталады. Осы өткелмен базадан бөлінетін және транзисторлық құрылымның он жақ шетінде орналасқан ШӨ облыс коллектор деп аталады.Биполярлық транзистор – қуатты күшейтуге арналған электрөткізгіштік түрлері алмасатын үш саладан құрылған электр түрлендіргіш аспап. Б.Т-да тоқ екі түрлі заряд тасушы-ң (электро-р ж/е кемтік-ң) қозғалысымен белгіленеді.Б.Т-да үш қабатты жартылай өткізгішті құрылымының көмегімен әр түрлі электр өткізгіштері бар жартылай өткізгіш-н екі р-п өткелдер құрылады. Екі үш қабатты құрылым болуы мүмкін: кемтікті-электронды-кемтікті ж/е электронды-кемтікті-электронды. Әр түрлі электр өткізгіштері бар участіктері алмасуға сәйкесті барлық Б.Т. екі түрге бөлінеді: p-n-p (а сурет) ж/е n-p-n(б сурет) Әр аймақтан тоқ жүретін шықпалар (электродтар) шығарылып, олар эмиттер(Э), коллетор(К) және база(Б)деп аталады.Латын тілінен аударганда emitto- эмиттер- «шығарушы»,ол тарнзситорды заряд тасымалдаушылармен қамтамасыз ететін электрод бол.таб. collector- колектор «жинақтаушы»эмиттердан шыққан заряд тасушыларды қабылдайды.ал заряд тасушылардын эмттердан коллеторға қарай қозғалысын реттейтін –база.Ол ТР-ң реттеуші, басқарушы элетроды болып саналады. n-p-n және p-n-n-p тр-ның жұмыс істеу принциптері бірдей, айырмашылық тоқ түзетін заряд тасушыларында. Біріншісінде электрондар, екіншісінде кемтіктер. Б.Т. – әр жақты тағайындауы бар жартылай өткізгіштік күшейткіш аспатар, ал сол себептен әртүрлі күшейткіштерде, генераторларда, логикалы ж/е серпінді құрылғыларда кең қолданылады.

 

 

 

 

Пайдаланылған әдебиеттер:

1.Ахметов А.Қ.,Ахметова Ә.А.,Қабақова Т.А.

2.www.google.kz

3. Электроника, радиотехника  және байланыс. — Алматы: "Мектеп" баспасы, 2007