Bipolyar tranzistorlar

Bipolyar tranzistorlar
Reja:


1.Tranzistorning tuzilishi va ishlash prinsipi
2. Tranzistorning asosiy xarakteristikasi
3.Tranzistorlarning h parametrlari
4.Tranzistorlar zanjirga uch xil usulda ulanishi
Tranzistor uchta soxadan iborat yarim o‘tkazgichli asbobdir. . Urta kismi baza deb deb atalib aralashma kontsentratsiyasi chetki kismlariga nisbatan kam va yupka bo‘ladi. Baza kalinligi L_Б elektron yoki kovakning rekombinatsiyalashgunga kadar erkin yugurib utgan masofasi L_д ga nisbatan kichik L_Б < L_Д.bulsa yupka baza deb yuritiladi. L_Д shuningdek, diffuziya siljish uzunligi deb ham ataladi. Chetki kismlaridan biri emitter, ikkinchisi kollektor deb ataladi. Tranzistorning tuzilishi triodga kiyoslansa, emitter – katodga, baza- turga, kollektor - anodga uxshatiladi.
Emitter degan nom elektronlar bazaga purkaladi in’ektsiya, ya’ni injektsiyalanadi degan ma’noni anglatadi. Mana shu xususiyati bilan elektron lampadagi katoddan termoelektron emissiya xodisasi tufayli elektronlar hosil bulishi orasidagi fark tushuntiriladi. Tranzistor va vakuumli triod ishlash printsipi jihatidan ham fark kiladi. Triodda turga kuchlanish berilsa ham, anod toki hosil bo‘ladi. Tranzistorda esa baza toki bulmasa, kollektor toki ham bulmaydi. Diskret tranzistorda r-n utishlar yarim o‘tkazgichli plastinaning karama – qarshi tomonlarida joylashgan. Utishlari bir tomonga joylashgan tranzistorlar ham mavjud. Bunday tranzistorlar integral tranzistorlar deb ataladi. Emitter soxasida aralashma miqdori ko‘p rok bo‘ladi. Kollektor zaryad tashuvchilarni ekstraktsiyalash (sugurib olish) vazifasini bajaradi.
Tranzistorning bazasi n yoki р utkazuvchanlikka ega bulishi mumkin. Shunga kura chetki kismlari р yoki n utkazuvchanlikka ega bo‘ladi. Demak, tranzistor р – n - р yoki n- р- n strukturali bo‘ladi. Tranzistorda ikkita р-n utish mavjud. Buni xisobga olgan holda tranzistorni ketma –ket ulangan ikkita boglangan diod sifatida qarash mumkin. Uning chetki uchlariga kuchlanish ulanganda r-n utishlarning biri tugri utish bo‘lsaikkinchisi teskari bulganligidan xar ikkala yunalishda ham sistemadan tok utmaydi. Tranzistorni ikkita tok manbaiga ulaylik. K kalit ochik bo‘lganda emitter zanjirida tok bulmaydi.

Kollektor zanjirida esa oz miqdorda teskari р-n utish toki ( I_кБт, т- teskari demak) bo‘ladi. K- kalit ulanganda emitter zanjirida tok hosil bo‘ladi.

Chunki Е_э. manba kuchlanishi emitter – baza yo‘nalishida tugri р-n utish hosil kiladi. Bunda ko‘pchilik kovaklar emitterdan bazaga utganda L_Б > L_Д. bulganligidan kollektor o‘tishiga yetib boradi. Natijada kollektor toki ortadi. Umuman olganda tranzistorning asosiy xossasi bazada borayotgan jarayonlar bilan belgilanadi. Bazada chet moddalar taksimlanishi natijasida unda asosiy bo‘lmagan zaryadlarni emitterdan kollektorga o‘tishiga yordam beruvchi elektr maydon bo‘lsabunday tranzistor dreyfli tranzistor deyiladi. Agar bazada xususiy maydon bulmasa, asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilar baza orqali asosan diffuziya tufayli utsa bunday tranzistor dreyfsiz tranzistor deb ataladi.Tranzistorning chikish xarakteristikasida I_э = 0. ga mos kelgan xarakteristika K kalit ochik bulgan holni ifodalaydi. Harakteristikadan kurinadiki kollektor - bazaga quyilgan manfiy kuchlanish qiymati ortishi bilan tokning sezilarli darajada ortishi kuzatilmaydi. Buni tushuntirish uchun tranzistorning potentsial diagrammasi bilan tanishib chikaylik. Unda tranzistorning zaryadlarga kambagallashgan soxalari ham ko‘rsatilgan. Emitter va kollektor soxalarida zaryadlangan zarrachalar kontsentratsiyasi katta bulganligidan kambagal soxa asosan baza katlamida bulib, ikki soxa orasidagi masofa ya’ni bazaning effektiv kalinligi baza kalinligidan kichik bo‘ladi. Kollektordagi manfiy kuchlanishning ortishi kollektor o‘tishidagi kambagal katlamning kengayishiga olib keladi. Natijada bazaning effektiv kalinligi kamayadi. Bu xodisa baza kalinligining modulyatsiyasi deb ataladi.

Emitter toki fakat kovaklar xarakati tufayli hosil bulmasdan elektronlar xarakati bilan ham boglik. Kollektorda esa tok fakat kovaklar xarakati tufayli vujudga keladi. Shu sababli emitterning samadorligi

 =I_эр / I_эр+ I_эн
orqali aniklanadi. Bu yerda I_эр - kovaklar xarakati tufayli hosil bulgan emitter toki; I_эн -. elektronlar xarakati tufayli hosil bulgan emitter toki.

Emitterning bazaga injektsiyalangan (purkalgan) bir kism kovaklar bazadan asosiy zaryad tashuvchilar – elektronlar bilan rekombinatsiyalanadi. Baza orqali o‘tib boruvchi kovaklar, baza uchun asosiy bo‘lmagan tok tashuvchi zarrachalar xisoblanadi. Kuyidagi  = I_к- I_КБТ./ I_эр nisbat bilan aniklanadigan kattalik baza orqali utuvchi asosiy bo‘lmagan zaryad tushuvchilarni utkazish koefftsenti deb yuritiladi.Emitterning samaradorligi va utkazish koeffitsiyenti tranzistor katta signal bilan ishlagandagi tok uzatish koefftsenti.h_21Б. ni belgilaydi.

Bu koeffitsent h_21Б= = - da teng. Kollektorga kirib keluvchi tok yo‘nalishi musbat yo‘nalishi musbat yunalish deb qabul qilinganligidan «minus» ishora quyiladi. h21B koeffitsiyenti tranzistorning muxim parametrlaridan biri xisoblanib sifatli tayorlangan tranzistorlarda birga yakin bo‘ladi. Tranzistorni zanjirga ulash umumiy bazali(UB) sxema deb yuritiladi. Bu sxema buyicha Е_ЭБ va Е_КБ manbaalarning ulanish usuliga kura tratzistorlar turli rejimda ishlashi mumkin.
Shulardan tranzistor aktiv rejimda ishlaganda undan utuvchi tokni boshkarish samarali bo‘ladi.
Umuman olganda tranzistorlar zanjirga uch xil usulda ulanishi mumkin. Е₁ va Е₂. batariyalar hosil kilinadigan tok zanjirida emitter xar ikkalasi uchun umumiydir. Shu sababli bunday ulash umumiy emitterli sxema deb yuritiladi. Xuddi shunday umumiy kollektorli sxemalarni ham tuzish mumkin. Tranzistorlardan signallarni kuchaytirish, impulsli sxemalar tuzish va x larda foydalanish mumkin. Shu sababli tranzistorlarlarga signal ta’sir ettirilganda uning parametirlari qanday o‘zga rishga aloxida ahamiyat beriladi.

Tranzistorlarga kichik signal ta’sir ettirilganda uni chiziqli aktiv nosimmetrik turt kutbli deb qarash mumkin. Kichik signal ta’sir ettirish deyilganda signal amplitudasi 1,5 barabor orttirilganda tranzistor parametrlari 10 % dan ko‘p ga ortmaydigan hol kuzda tutiladi. Shunda turt kutbli parametrlarni xisoblash usulini kullash mumkin. Odatda tranzistorlarning h parametrlarini UB va UE sxemalari uchun xisoblanadi. Bu sxemalar yordamida topilgan parametrlar o‘zaro quyidagicha boglangan. ;

h_11б h_11э / 1+h_{21э 2б} h_12б  h_11э h_22э / 1+ h_21э
h_21б  h_21э / 1+h_21э ; h_22б  h_22э / 1+ h_21э
Shularning eng ko‘p ishlatiladigan UB sxemada h_12б = -  = I_к / I_э _{Uкб соnst}
va UEsxema uchun h_21э = -  = I_к / I_б _{Uкэ соnst}
Bulib ular o‘zaro quyidagicha boglangan  =  / 1- 
Tranzistordan utuvchi toklarni kuchlanishga boglikligi statik volt - amper xarakteristikalari orqali ifodalanadi. Ular kirish va chikish xarakteristikalariga ajratiladi. Kirish xarakteristikasi deyilganda chikish zanjirining kuchlanishi o‘zgarmas saklangan holda, kirish zanjiridagi tokning kirish kuchlanishiga bogliklik grafigi tushuniladi.
Tranzistordan kuchaytirgich sifatida foydalanilganda umumiy emitterli sxemada signalni kuchlanish buyicha 10-200 marta kuchaytirish mumkin. Shu sabali UE sxema boshkalariga nisbatan ko‘prok kullaniladi. Lekin UE sxemada qarshiligi 500-1000 Om, chikish qarshiligi 2-20 kOM atrofida bo‘ladi.
Kirish qarshiligi kichik bulganida boshka kurilmalarga moslash davrida kiyinchiliklar tugiladi. UK sxemada kuchlanish buyicha kuchaytirish UE niki bilan bir xil. UB sxemada tok buyicha kuchaytirish bir atrofida kuchlanish buyicha kuchaytirish UE niki kabi bo‘ladi. Kirish qarshiligi bu sxemada juda kichik 10-200 Om atrofida bulganligidan ko‘pincha elektr signallarini generatsiyalash va shunga uxshash kurilmalarda ishlatiladi.
Tranzistorlar konstruksiyasi bo‘yicha nuqtali va yassi bo‘lishi mumkin, biroq, garchi nuqtali tranzistorlar oldin paydo bo‘lishiga qaramasdan, ularning nostabil ishlashi shunga olib kelidiki, bugungi kunda faqat yassi tranzistorlar ishlab chiqariladi. Yassi tranzistor yarim o‘tkazuvchi- ning monokristalli bo‘lib, unda ikki xudud bir tipdagi o‘tkazuvchanlikka ega, qarama-qarshi tipdagi o‘zgaruvchanlikka ega bo‘lgan hudud bilan bo‘lingan. Shunday qilib, n-p-n va p-n-p tuzilmalar olinishi mumkin (8-rasmdagi a va b qarang).

a) EO‘ KO‘ b) EO‘ KO‘

8-rasm
Har bir hudud o‘z nomiga ega:
1-emitter (E);
2-baza (B);
3-kollektor (K).
EO’ – emitter o‘tish, KO’ – kollektor o‘tish.
Xududlar orasidagi har xil tipdagi o‘zgaruvchanlikda n-p o‘tishlar hosil bo‘ladi. Emitter va baza orasida hosil bo‘ladigan n-p o‘tish emitterli o‘tish deb nomlanadi (EO‘);
Baza va kollektor orasida hosil bo‘ladigan n-p o‘tish kollektorli o‘tish nomlanadi. (KO‘) Tashqi elektr shema bilan ulash uchun emmiter, baza va kollektor uchlarga ega bo‘lib, ular yarim o‘tkazgichni metall bilan to‘g‘rilanmaydigan (omik) kontaktlarni namoyon qiladi.
Sistema butunlay germitizatsiyalangan qobiqqa kiritilgan, elektrodlarni uchlari esa tashqariga chiqarilgan.
Emitterli va kollektorli o‘tishlarni turli usullar bilan olish mumkin. Baza hududida aralashmalarni taqsimlanishi o‘tishlarni olish usuliga bog‘liq. Agar baza hududida aralashmalar konsentratsiyasi bir tekisda taqsimlansa (masalan, n-p o‘tishlarni qotishma usuli bilan olishda), bunda ma’lum bir qismi nazarga olinmasa, bazada elektr maydon yo‘q deb hisoblasa bo‘ladi. 9-rasmda n-p-n (a) va p-n-p (b) shartli belgilari ko‘rsatilgan.

9-rasm

Agar baza doirasida aralashmalar konsentratsiyasi notekis taqsimlangan bo‘lsa (diffuzion jarayonlar yordamida n-p o‘tishlar yaratilganda sodir bo‘ladi), bunda u elektr maydonini paydo bo‘lishiga olib keladi, uning miqdori aralashmalarni notekis joylanishiga bog‘liq bo‘ladi. Baza doirasida maksimal o‘zgarmas elektr maydoni aralashmalar konsentratsiyasini ekspotensial taqsimlanishida paydo bo‘ladi. Bazada aralashmalar konsentratsiyasi bir jinsli taqismlangan tranzistorlar (amalda yo‘q bo‘lgan bazaning elektr maydoni) dreyflanmagan deyiladi.
Bazada aralashmalar konsentratsiyasi bir jinsli bo‘lmagan taqisimlanishli tranzistorlar (bazaning elektr maydoni mavjud) dreyflangan deyiladi. O‘tishlarni emitterligiga va kollektorligiga yo to‘g‘ri, yoki teskari kuchlanish berilishi mumkin. Emiterli va kollektorli o‘tishlariga beriladigan kuchlanishlarni belgisiga bog‘liq xolda, tranzistor uch rejimda ishlashi bilan farqlanadi:
1) to‘yinish rejimi – ikki n-p o‘tishshlarga to‘g‘ri kuchlanish berilgan;
2) kesib tashlash rejimi–ikki n-p o‘tishlarga teskari kuchlanish berilgan;
3) faol rejim - o‘tishlarni biriga to‘g‘ri, ikkinchisiga esa teskari kuchlanish berilgan.
To‘yinish rejimda emitterli va kollektorli o‘tishlarga to‘g‘ri kuchlanish berilganda potensial to‘siq kamayadi va baza doirasiga o‘tishlar orqali zaryad tashuvchilarni asosiysi bo‘lma- ganlari injektsilanadi – n-p-n tranzistor bo‘l-gan da teshiklar injektsiyallanadi.
Natijada asosiy bo‘lmagan tashuvchilar bilan baza to‘yinadi, tranzistor kichik qarshilikka o‘xshab o‘zini tutadi va undan o‘tadigan toklar asosan tashqi zanjir elementlari hisobiga cheklanadi.
Faol rejimda odatda emitterli o‘tishga to‘g‘ri kuchlanish, kollektorli o‘tishga esa – teskari kuchlanish beriladi (garchi inversli ulanish ham mumkin, ya’ni EO‘ teskari kuchlanish, KO‘ esa to‘g‘ri kuchlanish beriladi). Bu holatda emitter bazaga zaryadning asosiysi bo‘lmagan tashuvchilarni injentiriladi – teshiklarni shu bilan birga ularning soni (konsentratsiyasi) emitterli o‘tishga berilgan kuchlanish miqdoriga bog‘liq.
Bazada diffuziyali xarakatlanib, taxminan barcha asosiy bo‘lmagan tashuvchilar (faqat ozgina qismi baza zaryadining asosiy tashuvchilari bilan rekombinatsiyalashadi) kollektorli o‘tishiga yetib boradi. Teskari yo‘nalishda ulangan kollektorli o‘tishning elektr maydoni asosiy bo‘lmagan tashuvchilar uchun tezlashtiruvchi bo‘lgani sababli, ular o‘tish joyi orqali «itarib kirishadi» va kollektorda yig‘ilishadi.
Shunday qilib, tranzistor orqali o‘tuvchi tok asosan zaryadning asosiy bo‘lmagan tashuv-chilar toki bo‘lib, uning miqldori emitterli o‘tishga berilgan to‘g‘ri kuchlanish miqdori bilan aniqlanadi.
Kichik qarshilikka ega bo‘lgan bu tok EO‘ orqali oqishi va katta qarshilikka ega bo‘lgan KO‘dan oqishi elektr signallarining quvvatini va kuchlanishini kuchaytirishga sharoit tug‘diradi.
Yuqorida bayon etilganidan kelib chiqadiki, tranzistor elektr tebranishlarini kuchaytirgichi sifatida ishlatish mumkinligi, bunda faol rejimda ishlaydi va qayta ulovchi sifatida impuls o‘tish vaqtida u to‘yinish rejimida ishlaydi, impulslar oralig‘i vaqtida kesib tashlash rejimida va qayta ulash vaqtida faol rejimda ishlaydi.
Emitter rolini kollektr, kollektor rolini esa emitter bajarganda, tranzistor to‘g‘ri ulanishda ham (EO‘ ga to‘g‘ri kuchlanish beriladi, KO‘ga esa teskari) va inversal ulanishda ham ishlashi mumkin. Tranzistorni kam tokli qayta ulagich sifatida ishlatilganda inversli ulash amaliy qiziqish tug‘diradi. Tranzistor kuchaytirgich sifatida ishlaganda bunday ulash ko‘p holda maqsadga muvofiq emas.
EO‘ ga to‘g‘ri kuchlanish berilgan, KU ga esa – teskari (ya’ni tranzistor faol rejimda igshlab turibdi) sharoitida emitter, baza va kollektor uchlarida bo‘lib o‘tayotgan tranzistorning tuzilmasi orqali zaryad tashuvchilar harakatini ko‘rib chiqamiz.