Bipolyar va maydonli tranzistorlar

I_к(U_к) характеристикалар орқали токнинг узатиш коэффициенти ни аниқлаш мумкин, бу коэффициент коллектор кучланишининг белгиланган ўзгармас миқдори учун аниқланади.
Чиқиш (ёки коллектор) характеристикаси I =f(U ) биполяр транзисторнинг асосий характеристикаси ҳисобланади. Эмиттер токининг ҳар ҳил қийматларида олинган бундай характеристикалар 3.7, б – расмда берилган.
Бу характеристикалар статик, яъни ўзгармас токда олинган. Улардан қуйидагиларини кўриш мумкин: коллектор кучланишини оширганда (абсолют қиймати бўйича), нолдан бошлаб, коллектор токи I дастлаб тез ошади. Лекин бу ток эмиттер токига яқинлашганда тўйиниш бошланади ва коллектор кучланишининг кейинги ошиши коллектор токини амалда оширмайди. Бу шароитларда коллектор ўтиши соҳасидаги эмиттер токи билан инжекцияланаётган деярли ҳамма заряд ташувчилар коллектор соҳасига етиб боради. Эмиттер токининг ошиши билан коллектор токи ҳам пропорционал ошади.
Аммо I =0 да коллектор токи I >0, шунинг учун I =αI +I αI , чунки нормал иш шароитларида I <αI .
Эмиттер токи мавжудлигида коллектор ўтишни ёпиш учун тескари қутбли унча катта бўлмаган коллектор кучланиши зарур.
3.8 – расмда токни узатиш коэффициенти I нинг эмиттер I ва коллектор кучланиши U га боғлиқлиги кўрсатилган. Бу боғланишдан кўриниб турибдики, эмиттер токини ўзгартирилганда маълум чегарада коллектор токи деярли ўзгармайди. Шунга мувофиқ α=const да коллектор токининг эмиттер токига боғланиши чизиқли участкага эга (3.9 - расм).

3.8 – расм 3.9 – расм
Транзисторнинг бу ўтиш характеристикаси асосида эмиттер токининг ўзгариши ни келтириб чиқарадиган коллектор токининг ўзгариш эгри чизиқини осонгина кўриш мумкин; эмиттер токининг ўзгарувчан ташкил этувчиси кучайтирилаётган сигналнинг токи бўлиши мумкин.
Транзистор умумий эмиттерли (УЭ) схема бўйича уланганда (3.3, а - расм) токнинг узатиш коэффициенти (бу схема жуда кўп қўлланилади): Агар I_б  I_э - I_к эканлигини ҳисобга олсак, қуйидагини аниқлаймиз:


.
Агар 0,950,98 бўлса, 2050 бўлади, яъни УЭ схемаси бўйича уланганда база токига пропорционал бўлган кириш сигнали транзистор ёрдамида  марта кучайтирилиши мумкин.
Битта манба Е га УЭ схема бўйича уланган p–n–p типдаги транзисторда синусоидал сигналнинг кучайтирилишини кўриб чиқамиз (3.10, а - расм). База ва коллектор занжирлардаги R_б ва R_к қаршиликлар қийматлари триоднинг иш характеристикаларидаги бошланғич нуқталарни аниқлаб беради.

а) б)
3.10 - расм.
3.10, а - расмда УЭ схемали транзисторнинг оддий схемаси, б да эса сигнал кучайишининг физикавий модели кўрсатилган.
Ажратувчи конденсатор C манба Е токининг бошқарув сигнал занжирига ўтишидан сақлайди. Киришдаги синусоидал кучланиш U=U_бэ=U_m sin t мусбат ярим даврларда эмиттернинг мусбат потенциалини камайтиради, манфий ярим даврда эса орттиради, база токи I_б кучайтирилаётган сигнал билан қарама-қарши фазада бўлади. Сигналнинг кучайиш қонуни I_кI_б га биноан чиқишдаги кучланиш истеъмолчининг қаршилигига боғлиқ, яъни U_чи= I_к•R_н.

1.4 Майдонли транзисторлар ва уларнинг асосий характеристикалари

Ҳозирги вақтда электрон схемаларда биполяр, яъни икки қутбли транзисторлар билан бир қаторда майдонли ёки бир қутбли транзисторлар кенг ишлатилади. Улардаги ток фақат бир ишорали заряд ташувчилар (электронлар ёки каваклар) ҳисобига ўтади. Бундай транзисторлардан ўтаётган токнинг миқдори шу ток ўтаётган каналнинг ўтказувчанлиги билан аниқланади. Бир қутбли транзисторлар икки қутблиларга қараганда содда ва арзон бўлади.
Бир қутбли транзисторлар биринчи марта 1952 йилда В. Шокли томонидан яратилган ва кейинчалик бир неча бор қайта ишлаб чиқарилган
Майдонли транзистор деб уч электродли ярим ўтказгичли асбобга айтилади, унда канал орқали ўтувчи ток затвор билан кириш орасига қўйилган кучланиш вужудга келтирадиган электр майдон билан бошқарилади бунда токни заряд ташувчаларнинг битта тури (электронлар ёки тешиклар) нинг канал бўйлаб ҳаракати вужудга келтиради. Майдонли транзисторда канал — бу n-ёки р-ярим ўтказгичнинг соҳаси бўлиб унинг қаршилиги затвордаги потенциалга боғлиқ. Асосий заряд ташувчиларни каналга киритувчи электрод кириш деб, асосий заряд ташувчиларни каналдан чиқарувчи электрод эса чиқиш деб аталади. Каналнинг кўндаланг кесимини, демак унинг қаршилигини ростловчи электрод затвор деб аталади.
Майдонли транзисторлар кремнийдан тайёрланади ва ишлатилган материалнинг электр ўтказувчанлигининг турига қараб n- ва р- типли каналли транзисторларга бўлинади.
Ҳозирги вақтда майдонли транзисторларнинг иккита асосий кўриниши мавжуд: р- n- ўтиш кўринишли затворли транзистор ва изоляцияланган затворли транзистор.
Биринчи типдаги майдонли транзисторнинг тузилиши, ишлаш принципи ва характеристикаларини батафсилроқ кўрамиз. Унда канал ўтказувчанлигини ёпиқ р-n-ўтишга берилаётган кучланишни ўзгартириб бошқариш мумкин.
n- типли каналли транзисторда асосий заряд ташувчилар — электронлар киришдан чиқишга томон ҳаракатланиб, чиқиш токи I ни пайдо қилади (агар чиқиш потенциали кириш потенциалига қараганда кўпроқ мусбатроқ бўлса).
Затвор ва кириш орасига каналнинг n- соҳаси ва затворнинг р-соҳаси орасида ҳосил қилинган, р-n-ўтишни ёпувчи кучланиш берилган. Бу кучланишни берганда затвор потенциали кириш потенциалига қараганда кўпроқ манфий бўлади (3.11,а- расм) ва канал чегарасида заряд ташувчилари сийрак ва юқори солиштирма қаршиликка эга бўлган бир текис қатлам вужудга келади.

а) б) в)
3.11 – расм
Чиқиш ва кириш орасига қўйилган кучланиш (3.11,б-расм) бир текисда бўлмаган сийрак қатлам пайдо бўлишига олиб келади, чунки затвор билан канал орасидаги потенциаллар фарқи киришдан чиқишга томон йўналишда кўпаяди ва каналнинг энг кичик кесими чиқиш ёнига жойлашган бўлади. Агар бир вақтда кучланиш U ва U < 0 (3.11,в-расм) берилса, у ҳолда заряд ташувчилари сийраклашган қатламнинг қалинлиги ва каналнинг кесими шу иккита кучланишларнинг таъсири орқали аниқланиши мумкин. Кучланишлар йиғиндиси ёпиш кучланишига тенглашса, сийраклашган соҳалар бирлашади ва каналнинг динамик қаршилиги кескин ошади.
Майдонли транзисторларнинг асосий вольт-ампер характеристикалари чиқиш (сток) характеристикалари ҳисобланади. Бу чиқиш токи I нинг кучланиш U га боғлиқлигини ифодалайди (3.12, а -расм). Бу характеристикалар учун параметр бўлиб кучланиш U хизмат қилади.



а) б) в)
3.12 – расм
Характеристикаларнинг бошланғич қисмида чиқиш токи I кучланиш U нинг ошиши билан кўпаяди. Кучланишлар йиғиндиси U + U ёпиш кучланиши U га тенг бўлгунга қадар кучланиш U ни оширганда, канал ёпилади, чиқиш токи I кўтарилишдан тўхтайди ва тўйиниш режими бошланади. Кўпроқ манфий кучланиш U да тўйиниш кичик чиқиш токи I да ва кучланиш U да бошланади.
Кучланиш U ни кейинги ортиши затвор ва канал орасидаги р-n-ўтишнинг тешилишига ва транзисторнинг ишдан чиқишига олиб келади.
Майдонли транзисторнинг чиқиш характеристикаси бўйича унииг ўтиш характеристикасини кўриш мумкин (3.12, б – расм), у чиқиш токи I нинг затвор билан кириш орасидаги кучланиш U га боғлиқлигини ифодалайди. Тўйиниш режими учун бу характеристика чиқиш ва кириш орасидаги кучланишларнинг хар хил қийматлари учун деярли бир хил. Затвор занжирида ток жуда кичик (I =10 -10 A)бўлади, чунки у асосий бўлмаган заряд ташувчиларнинг ёпиқ р-n-ўтиш орқали ҳаракати билан аниқланади.
Изоляцияланган затвори бор майдонли транзисторда канал билан металл затвор орасида юпқа диэлектрик (одатда кремний оксиди) қатлам бўлади. р-n-ўтиш эса бўлмайди. Бундай майдонли транзисторлар кўпинча МОП транзисторлар (металл-оксид-ярим ўтказгич структура) ёки МДП–транзисторлар (металл- диэлектрик ярим ўтказгич) деб аталади. Бу майдонли транзисторларда затвор токи янада кам (I =10 ÷10 A).
Майдонли транзисторлар кейинги пайтда кучайтиргичларда бир неча мегагерцгача частоталар диапозонида сигналларни кучайтириш учун кенг қўлланилмоқда. Бундай кучайтиргичларда кучайтириш кучланиши затвор билан чиқиш орасига берилади. Майдонли транзисторлардаги кучайтиргичлар затвор токининг жуда кичиклиги ва кириш қаршилигининг жуда катталиги, бу кучайтиргичларнинг афзаллигидир.
Майдонли транзисторларнинг асосий параметрлари чиқиш (канал)нинг тўйиниш режимидаги дифференциал қаршилиги:
R = , бунда U =const,
ва ўтиш характеристикасининг тиклигидир:
S= , бунда U =const.
Транзистордан ток ўтишини каналдаги сув оқимига қиёслаш мумкин. Манбадан оқиб келаётган сув тўғондан ўтади. Тўғон тамбаси юқорироқ кўтарилса, тўғондан кўпроқ сув ўтади, тамба пастроқ туширилса, сув оқими камаяди, тамба бутунлай ёпиб қўйилса, сув ўтолмайди. Каналнинг қаршилигини ўзгартирувчи тамба сифатида U_з.и. кучланиш ишлатилади.