Мазкур ўқув услубий мажмуа фаннинг ишчи ўқув дастури ва ишчи ўқув режасига мувофиқ ишлаб чиқилди

Назорат саволлари


1. Стабилитронларда электр тешилишнинг қайси тури ишла-тилади?
2. Диодларнинг қандай турларини биласиз? Уларнинг шартли белгиланишини чизинг.
3. Диод ёрдамида тўғрилаш эффекти нимадан иборат?
4. Варикап деганда нима тушунилади ва у қаерда қўлланилади?
5. Электр занжирда стабилитрон қандай қилиб чиқиш кучлани-шини стабиллаштиради?
6. Тўғриловчи ва туннель диодлар ишлаш механизмидаги фарқ қилувчи хусусиятлар нимадан иборат?

4- мавзу. БИПОЛЯР ТРАНЗИСТОРЛАР (БТ), УЛАРНИНГ ТУЗИЛИШИ ВА ИШЛАШ ПРИНЦИПИ.
Режа:

1. 
   Умумий маълумотлар. БТ тузилмаларининг энергетик диаграммалари. n-р-n ва р-n-р БТларнинг тузилиши ва ишлаш механизми.
   
2. 
   БТ схемада белгиланиши ва уланиш схемалари. БТнинг вольт-ампер характеристикаси. БТларнинг актив режимда ишлаши.
   
3. 
   БТлар иш режимларининг электрод токларига таъсири. БТлар кучайтириш кобилияти.
   

4.1 Умумий маълумотлар. БТ тузилмаларининг энергетик диаграммалари. n-р-n ва р-n-р БТларнинг тузилиши ва ишлаш механизми.
Биполяр транзистор (БТ) деб ўзаро таъсирлашувчи иккита р-n ўтишдан ташкил топган ва сигналларни ток, кучланиш ёки қувват бўйича кучайтирувчи уч электродли яримўтказгич асбобга айтилади. БТда ток ҳосил бўлишида икки хил (биполяр) заряд ташувчилар – электронлар ва коваклар иштирок этади.
БТ р- ва n- ўтказувчанлик тури такрорланувчи учта (эмиттер, база ва коллектор) яримўтказгич соҳага эга (4.1,а ёки б-расмлар).

а)

б)

4.1 - расм. р-n-р (а) ва n-р-n (б) турли БТ лар тузилмаси ва уларнинг схемада шартли белгиланиши.

Яримўтказгич соҳаларни белгилашда асосий заряд ташувчилар концентрацияси юқори бўлган соҳа р⁺ ёки n⁺ белгиси қўйилиши билан бошқа соҳалардан фарқланиши қабул қилинган.

Транзисторнинг соҳалари ичида энг юқори концентрацияга эга бўлган чекка соҳа (n⁺ – соҳа) n⁺-р-n ёки (р⁺- соҳа) р⁺-n-р турли транзисторларда эмиттер (Э) деб аталади. Эмиттернинг вазифаси транзисторнинг база (Б) соҳаси деб аталувчи ўрта (р- ёки n- турли) соҳасига заряд ташувчиларни инжекциялашдан иборат. Транзистор тузилмасининг бошқа чеккасида жойлашган n – соҳа (n⁺-р-n) ёки р – соҳа (р⁺-n-р) коллектор (К) деб аталади. Унинг вазифаси база соҳасидаги ноасосий заряд ташувчиларни экстракциялашдан иборат. Эмиттер билан база орасидаги р – n ўтиш эмиттер ўтиш (ЭЎ), коллектор билан база орасидаги р – n эса ўтиш коллектор ўтиш (КЎ) деб аталади.
База соҳаси эмиттер ва коллектор ўтишларнинг ўзаро таъсирлашувини таъминлаши кераклиги сабабли, БТнинг база соҳаси кенглиги L_Б базадаги ноасосий заряд ташувчилар диффузия узунлигидан кичик (р⁺-n-р БТ учун L_Б<_n , n⁺-р-n БТ учун L_Б<_р) бўлмоғи шарт. Акс ҳолда, эмиттердан базага инжекцияланган асосий заряд ташувчилар КЎгача етиб бормайдилар ва БТ самарадорлиги пасаяди. Одатда, база соҳаси кенглиги L_Б ≈ 0,01÷1 мкм ни ташкил этади.
Тузилиш хусусиятларига ва тайёрлаш технологиясига кўра БТлар эритиб тайёрланган, планар ва планар-эпитаксиал транзисторларга ажратилади. Қотишмали транзисторларнинг база соҳасида киритмалар тақсимланиши бир жинсли (текис) бўлганлиги сабабли, унда электр майдон ҳосил бўлмайди. Шунинг учун ЭЗНлар базадан коллекторга диффузия ҳисобига кўчадилар.
Планар ва планар-эпитаксиал транзисторларнинг база соҳасида киритмалар концентрацияси тақсимоти бир жинсли эмас (нотекис бўлиб), у коллекторга силжиган сари камайиб боради. Бундай БТлар дрейфли транзисторлар деб аталади. Киритмалар концентрацияси градиенти ички электр майдон ҳосил бўлишига олиб келади ва ЭЗНлар базадан коллекторга дрейф ва диффузия жараёнлари ҳисобига кўчадилар. Демак, дрейфли БТларнинг тезкорлиги юқори бўлади.
БТлар асосан, частоталарнинг кенг диапазонида (0÷10 ГГц) ва қувват бўйича (0,01÷100 Вт) электр сигналларни ўзгартувчи, генератор ва кучайтиргич схемаларни ҳосил қилиш учун ишлатилади.
БТлар частота бўйича: паст частотали – 3 МГц гача; ўрта частотали – 0,3 ÷ 30 МГц; юқори частотали 30 ÷ 300 МГц; ўта юқори частотали – 300 МГц дан юқори гуруҳларга бўлинади.
Қувват бўйича: – кам қувватли – 0,3 Вт гача; ўрта қувватли 0,3÷1,5 Вт; катта қувватли – 1,5 Вт дан юқори гуруҳларга ажратилади.
Наносекунд диапазонида катта қувватли импульсларни ҳосил қилишга мўлжалланган кўчкили транзисторлар БТларнинг яна бир турини ташкил этади.
Тузилиши бўйича БТлар кўп эмиттерли (КЭТ), кўп коллекторли (ККТ) ва таркибий (Дарлингтон ва Шиклаи) транзисторлари бўлади.
БТ киришига берилган сигнал қувват бўйича кучайтирилади. Бунинг учун уни ўзгартириладиган сигнал занжирига U_C (кириш ёки бошқарувчи) ҳамда кучайтирилган R_Ю (чиқиш ёки бошқарилувчи) сигнал занжирига уланади.
БТни бешта асосий иш режими мавжуд.
Агар ташқи кучланиш манбалари (U_ЭБ,U_КБ) ёрдамида ЭЎ тўғри йўналишда, КЎ эса тескари йўналишда силжитилса, у ҳолда, БТ актив (нормал) режимда ишлайди. Бу режим аналог схемотехникада кенг қўлланилади.
Агар ЭЎ тескари йўналишда, КЎ эса тўғри йўналишда силжитилган бўлса, БТ инверс (тескари) режимда ишлайди.
Агар эмиттер ва коллектор ўтишлар тўғри силжитилган бўлса, БТ тўйиниш, тескари силжитилган бўлса, берк режимда ишлайди. Бу режимлар рақамли схемотехникада кенг қўлланилади. ЭЎ тўғри силжитилганда КЎда ЭЮК ҳосил бўлса, БТ инжекция – вольтаик режимда ишлайди.
БТнинг яна бир режими бўлиб, у тескари силжитилган КЎга юқори кучланишлар ёки температура таъсир этганда юзага келади. Бу режим тешилиш режими деб аталади. Кўчкили транзисторлар электр тешилиш ҳисобига ишлайди.
БТда электродлар учта бўлгани сабабли, уч хил уланиш схемалари мавжуд: умумий база (УБ); умумий эмиттер (УЭ); умумий коллектор (УК) (4.2-расм). Бунда БТ электродларидан бири схеманинг кириш ва чиқиш занжирлари учун умумий, унинг ўзгарувчан ток (сигнал) бўйича потенциали эса нолга тенг қилиб олинади. БТнинг 4.2-расмда келтирилган уланиш схемалари актив режимга мос.
а) б) в)

4.2-расм. БТнинг статик режимда умумий база (а), умумий эмиттер (б) ва умумий коллектор (в) уланиш схемалари.

БТнинг электр сигналлар қувватини кучайтириш имконияти унинг энергетик диаграммасида яққол кўринади. Диаграмма электрон ва ковакларнинг тузилмада эгаллаган ўрни билан потенциал энергияларининг боғлиқлигини кўрсатади.

Дрейфсиз n-p-n тузилмали БТ энергетик диаграммаси 4.3- расмда кўрсатилган. Электронларнинг потенциал энергияси (ўтказувчанлик зонаси туби энергияси W_C) n – яримўтказгичда кичик ва р – яримўтказгичда катта. Коваклар потенциал энергияси (валент зона шипи энергияси W_В), аксинча, n – яримўтказгичда катта ва р – яримўтказгичда кичик.
Электронларнинг эмиттердан ёки коллектордан базага ўтишида потенциал барьер баландлиги электронларнинг р - ва n - яримўтказгичлардаги потенциал энергиялари айирмасига тенг бўлган мос потенциал тўсиқларни енгиб ўтиши билан боғлиқ. Ковакнинг базадан (р – яримўтказгичдан) эмиттерга ёки коллекторга ўтишида потенциал барьер баландлиги электронлар учун ўтказувчанлик зонадаги потенциал барьер катталигига тенг потенциал барьерни енгиб ўтиш билан боғлиқ.
Мувозанат ҳолатда Ферми сатҳи тузилманинг барча элементлари учун бир хил, яъни электронни эмиттердан базага ўтказиш учун сарфланадиган иш, электронни базадан коллекторга ўтказишда ажраладиган энергияга тенг бўлади. Эмиттер ва коллектор орасида электронларнинг узлуксиз алмашинуви, табиийки, бутун тузилма энергиясининг ўзгаришига олиб келмайди. Электрон эмиттердан коллекторга ҳамда ковак коллектордан эмиттерга ўтганда энергия баланси бузилмайди.
ЭЎга тўғри силижитиш, КЎга эса тескари силжитиш берилганда, эмиттер-база потенциал барьер пасаяди, коллектор-база потенциал барьер эса ортади. Энергетик диаграмма 4.3,б-расмда келтирилган кўринишга эга бўлади.

а) б)

4.3-расм. n – p – n турли дрейфсиз БТнинг мувозанат ҳолатдаги (а) ва актив режимдаги (б) энергетик диаграммалари.

Ўтишларга берилган кучланишлар натижасида тузилмада энергия баланси ўзгаради. Эмиттер соҳаси Ферми квази сатҳининг юқорига силжиши ва потенциал барьернинг мос камайиши, электронни ЭЎдан ўтказиш учун зарур ишнинг камайишини англатади. Худди шу вақтда коллектор соҳаси Ферми квази сатҳининг пастга силжиши ва КЎ потенциал барьерининг ортиши, электронни базадан коллекторга ўтишда ажралиб чиқадиган энергиянинг ортишини англатади. Агар вақт бирлиги ичида коллекторга ўтувчи электронлар сони, худди шу вақт давомида, эмиттердан базага ўтувчи электронлар сонига, ҳеч бўлмаганда, катталик даражаси бўйича тенг бўлса, электронларни базага инжекциялаш учун сарфланадиган қувват, ушбу электронлар коллекторга ўтганда ажраладиган қувватга нисбатан кичик бўлади.

Ушбу ортиқча қувват чиқиш занжири электр токи қувватидек намоён бўлади. Юқорида кўриб ўтилганлар БТда қувват кучайтирилишининг физик моҳиятини белгилайди. Базадан коллекторга йўналган электронлар оқими эмиттердан базага оқувчи ушбу заррачалар оқими билан бир хил бўлиши учун, база соҳаси кенглиги етарлича кичик ва электронларнинг рекомбинация ҳисобига йўқолиши кам бўлмоғи керак.
Ковак коллектордан эмиттерга ўтганда энергия баланси албатта, шундайлигича қолади. Лекин коллектор соҳада коваклар концентрацияси эмиттердаги электронлар концентрациясига нисбатан жуда кичик бўлгани сабабли, бирлик вақт давомида коллектордан эмиттерга ўтувчи коваклар сони электронларнинг эмиттердан коллекторга ўтишига нисбатан мос марта кам бўлади. Коваклар ўтиши ҳисобига қувват бўйича ютуғ, электронлар ўтиши ҳисобига қувватдаги ютуққа нисбатан, инобатга олмаса бўладиган даражада кам бўлади.