Fizika matematika fakulteti

1.2 Raqamli o'tkazgichlarni tashlik etuvchi tranzistorlar

1948 y. D.Bardin va V.Bratteyn nuqtali n-p o‘tishlar bilan ishlab turib, ikki n-po‘tishli qurilma quvvati bo‘yicha elektr tebranishlarni kuchaytirish qobiliyatigaegaligini guvohi bo‘lishdi. Bu qurilmani ular tranzistor deb atashdi (“Transfer” -o‘zgartiruvchi va “resistor” - qarshilik – ingliz so‘zlaridan olingan). Bugungi kundabir yoki bir nechta n-p o‘tishli va uch yoki undan ko‘p uchlari bo‘lgan elektro‘zgartiruvchi yarim o‘tkazgichli asbob tranzistor deb nomlanadi(3-rasm).

3-rasm. Tranzistorlar

Tranzistorlar konstruksiyasi bo‘yicha nuqtali va yassi bo‘lishi mumkin, biroq garchi nuqtali tranzistorlar oldin paydo bo‘lishiga qaramasdan, ularning nostabil ishlashi shunga olib kelindiki, bugungi kunda faqat yassi tranzistorlar ishlab chiqariladi. Yassi tranzistor yarim o‘tkazuvchining monokristalli bo‘lib, unda ikki hudud bir tipdagi o‘tkazuvchanlikka ega, qarama-qarshi tipdagi o‘zgaruvchanlikkaega bo‘lgan hudud bilan bo‘lingan. Bu asboblarni asosiy vazifasi elektr tebranishlarnikuchaytirish yoki generatsiyalashdan iborat. Oddiy p-n-p va n-p-n o‘tkazuvchanlikkaega bo‘lgan bipolyar tranzistorlar quyidagi rasmlarda o‘z aksini topgan(4-5-rasm) .

4-rasm. Bipolyar tranzistorlar. (p-n-p o’tish)

5-rasm Bipolyar tranzistorlar. (n-p-n o’tish)

Yarim o‘tkazgichli triod elektron asboblarining bir turi bo‘lib, tranzistor deb ataladi.Tuzulishi va ishlash usuliga qarab tranzistorlar bipolyar va unipolyar tranzistorlargaajratiladi.Bipolyar tranzistorlarning ishlashi p-n o‘tish hodisasiga, unipolyartranzistorning ishlashi esa, bir turdagi o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lgan yarimo‘tkazgichning o‘tkazuvchanligini elektr maydoni yordamida boshqarishigaasoslangan.

Bipolyar tranzistor yarim o‘tkazgich monokristalda ikkita p-n o‘tish sohasinihosil qilish asosida yasaladi. Uni o‘tkazuvchanligi almashib keladigan 3 ta sohagaajratish mumkin. Agar monokristallning hajmi bilan chegaralangan bo‘lsa, hosilbo‘lgan yassi tranzistor p-n-p turdagi tranzistor deyiladi. Aksincha, kovako‘tkazuvchanlik soha orasida bo‘lsa n-p-n turdagi tranzistor hosil bo‘ladi. Butranzistorlarning sxemada belgilanishi va potensial to‘sig‘ining ko‘rinishi 6-rasmda ko‘rsatilgan.

6-rasm. Potensial to‘sig‘ining ko‘rinishi

Unipolyar tranzistor elektr maydoniga ega bo‘lgan tranzistor bo‘lib, tok bir turdagi asosiy tok tashuvchi hisobiga hosil qilinadi. Elektr maydoniga ega bo‘lgan yoki “maydon”li so‘zning mohiyati shundan iboratki, unipolyar tranzistor chiqish toki boshqaruvchi elektrodning kuchlanishi hosil qiladigan elektr maydon orqali boshqarilishini bildiradi.

7-rasm. Unipolyar tranzistorlarning sxemada belgilanishi

-Tiristorlar to‘rt qatlamli, ya’ni uchta p-n o‘tishli yarim o‘tkazgich asbobdir.Chetki p-qatlam anod n-qatlam – katod deb ataladi. Ichki p va n-qatlamlar boshqaruvchi elektrodlar yoki ba‘za deyiladi.

8-rasm. Tiristorlar tuzilishi

Bipolyar tranzistorlar uchta chegaraviy muhitni o‘z ichiga oladi va p-n o‘tishbilan ajratilgandir. O’rta chegaradagi elektr o‘tkazuvchanlik ikki chekkadagi elektro‘tkazuvchanligiga qarama-qarshi holatda bo‘ladi. Agar tranzistor p-n-p strukturaga ega bo‘lsa, n-soha baza bo‘lib xizmat qiladi, n-p-n strukturaga ega bo‘lsa R-soha tranzistorning bazasi bo‘ladi. 9 va 10- rasmga qarang.

9-rasm

10-rasm

Trazistordagi baza p-n-p va n-p-n qatlamlaridan o‘tayotgan toklarni boshqaribturadi. Tranzistorlarning asosiy ko‘rsatgichlaridan biri tok kuchaytirish koeffitsientibo‘lib, quyidagicha ifodalanadi:

α=∆I_k /∆I_E: U_k=const (1.2.1)

bu yerda -tranzistorning tok kuchaytirish koiffitsienti;

к- kollektor toklarini o‘zgarishi;

e- emitter toklarini o‘zgarishi

Uк- kollektordagi kuchlanish;

0,80,98 Tranzistorlarning tok kuchaytirish koeffitsienti ga  tengdir. Tranzistorning kuchlanish bo‘yicha kuchaytirish koeffitsienti muhim kattalik bo‘lib quyidagicha aniqlanadi;

=∆I_k /∆I_E: U_k=const (1.2.2)

Tranzistorlar elektr zanjiriga quyidagi uslubda ulanadi:

1) Yaxlit baza bo‘yicha ulash a-rasm;

2) Yaxlit kollektor bo‘yicha ulash v-rasm

3) Yaxlit emitter bo‘yicha ulash s-rasm;

11-rasm. Tranzistorlar elektr zanjiriga ulanishi

Tranzistorlarni s-rasmda ko‘rsatilgandek umumiy emitter usulda ulashdaquvvatni kuchaytirish koeffitsienti katta qiymat oladi; Amaliy elektronikada umumiyemitter chizmasi bo‘yicha tranzistorlarni ulash keng tarqalgandir. Murakkab elektronqurilmalar hammasi shu chizma asosida yig‘ilgandir.

T
ranzistor sxemaga ulanayotganda chiqishlaridan biri kirish va chiqish zanjiri uchun umumiy qilib ulanadi, shu sababli quyidagi ulanish sxemalari mavjud: umumiy baza (UB); umumiy emitter (UE); umumiy kollektor (UK). Bu vaqtda umumiy chiqish potentsiali nol'ga teng deb olinadi. Kuchlanish manbai qutblari va tranzistor toklarining yo'nalishi tranzistorning aktiv rejimiga mos keladi. UB ulanish sxemasi qator kamchiliklarga ega bo'lib, juda kam ishlatiladi.

12-rasm

UB ulanish sxemasida aktiv rejimda ishlayotgan n-p-ntuzilmali diffuziyali qotishmali bipolyar tranzistorni o'zgarmas tokda ishlashini qo'rib chiqamiz. Bipolyar tranzistorning normal ishlashining asosiy talabi bo'lib baza sohasining etarlicha kichik kengligi Whisoblanadi; bu vaqtda W< Lsharti albatta bajarilishi kerak (L-bazadagi asosiy bo'lmagan zaryad tashuvchilarning diffuziya uzunligi).

Bipolyar tranzistorning ishlashi uchta asosiy hodisaga asoslangan:

• 
  emitterdan bazaga zaryad tashuvchilaming injektsiyasi;
  
• 
  bazaga injektsiyalangan zaryad tashuvchilarni kollektorga o'tishi;
  
• 
  bazaga injektsiyalangan zaryad tashuvchilar va kollektor o'tishga
  

etib kelgan asosiy bo'lmagan zaryad tashuvchilarni bazadan kollektorga ekstraktsiyasi.

Emitter o'tish to'g'ri yo'nalishda siljiganda (Uebkuchlanish manbai bilan ta'minlanadi) uning potentsial to'siq balandligi kamayadi va emitterdan bazaga elektronlar injektsiyasi sodir bo'ladi. Elektronlarning bazaga injektsiyasi, hamda kovaklarni bazadan emitterga injektsiyasi tufayli emitter toki I_Eshakllanadi.

Impulsli va raqamli (mantiqiy) qurilmalarda elektron kalit asosiy elem ent hisoblanadi. Elektron kalit yuklama zanjiriga ulanib tashqi boshqaruv signali ta ’sirida davriy ravishda ulash va uzishni amalga oshiradi. Bu vaqtda kalitning chiqishidagi signal bir-biridan yetarlicha farqlanadigan ikkita diskret qiymatga ega b o iad i. Bu xossa uni Bui algebrasi funksiyalarini amalga oshiruvchi asosiy ME sifatida qo'llashga imkonini beradi. Kalit ikki elem entdan tashkil topgan: qayta ulanuvchi (QUE) va yuklama (YE) elementlari. Kalit (invertor) tuzilishining umumlashgan sxemasi keltirilgan. QUE ikki turg‘un holatga ega: ulangan va uzilgan. Bu shartlarga bipolyar va maydoniy tranzistorlarning ba’zi turlari mos keladi. YE m anbadan iste’mol qilinayotgan tokni cheklash uchun xizmat qiladi. Kalit turini tanlashda IMSlarda asosiy mezon bo'lib — texnologik muvofiqlik hisoblanadi. Texnologik muvofiqlik deganda turli sxema elementlarini yagona texnologik jaray ondatayyorlash imkoni tushuniladi. Bir xil elementlardan tashkil topgan sxemalar afzal sanaladi. Yuklama va qayta ulanish elementi MDY — tranzistorlardan tashkil topgan kalitlar yuqori texnologik va universal hisoblanadi. BTli sodda kalit sxemasi. UUE sxemada ulangan BTda yasalgan kuchaytirgich kaskaddan iborat. Kuchlanish manbayi EM va RK ko‘rinishdagi yuklama qarshiligidan tashkil topgan zanjir boshqariluvchi zanjir hisoblanadi..

13-rasm Elektron kalit (invertor) tuzilma sxemasi



U juda kichik bo‘lganligi sababli chiqish kuchlanish iU_CHIQ manba kuchlanishi E_M qiymatiga yaqin bo‘ladi.

14-rasm BT asosida sodda electron kalit sxemasi

(1.2.1)

ya’ni m anba zanjiridan yuklama uzilishiga mos keladi (kalit uzilgan). Agar U_KlR musbat qutbga va yetarlicha katta qiym atga ega b o ‘lsa, u holda tranzistor aktiv yoki to ‘yinish rejimiga o‘tadi, ya’ni ochiladi (kalit ulangan). Yuklama zanjirida

(1.2.2)

tok oqib o ‘tadi, kalit chiqishidagi kuchlanish esa U_CHIQ = U_KE = U_QOL ga teng bo‘lib, qoldiq kuchlanish deb ataladi. T o ‘yinish rejimidagi qoldiq kuchlanish U_EB va U_KBlar ayirmasiga teng va doim aktiv rejimdagi qoldiq kuchlanish qiym atdan kichik bo‘ladi. Shu sababli kalit sifatida tranzistorning aktiv rejim da ishlashi m a’qul em as, chunki unda qo‘shimcha P_K=I_KU_KE quvvat sochiladi va sxema FIK pasayadi. Kremniyli tranzistorlar uchun to'yinish rejimida U_QOL=0,25V teng, ya’ni nolga yaqin. Ko'rilayotgan kalit invertor ekanligi yaqqol ko‘rinib turibdi, ya’ni kirish signalining manfiy qiymatlardan musbat qiymatlarga ortishi, chiqish kuchlanishi U_KE ni E_Mdan qoldiq kuchlanishgacha kamayishiga olib keladi. U m um an aytganda, bu kalit invertor to ‘g ‘ri m antiqdagi musbat signallar bilan ishlashga m o'ljallangan. Shuning uchun bu yerda U_KIR< 0.6 Vart bajarilmaydi. Lekin, kremniyli p -n o ‘tish musbat kuchlanishda ham , agar U_KlR< 0,6 V bo‘lsa deyarli berk qoladi. Bu vaqtda tranzistorning uchala elektrod toklari odatda m ikroam per ulushlaridan ortmaydi. Kalitning asosiy statik parametrlari bo‘lib — qoldiq tok va qoldiq kuchlanish hisoblanadi. BTning kalit rejimi katta diapazondagi tok va kuchlanish impulslarini o‘zgarishi bilan ta ’m inlanadi (katta signal rejimi). Shu sababli kalitning statik parametrlari. Buning uchun kalitda qo’llanilayotgan tranzistorning chiqish va kirish xarakteristikalari kerak bo‘ladi.

II BOB. RAQAMLI TEXNIKA ASOSLARI

1.