Радиоэлектроника асослари муҳаррир — Қ. Азимов

3.5. Биполяр транзисторларнинг схемага уланиши


Транзисторлар радиосхемада ишлатилганда унинг электродларидан бири ҳамма вақт занжирнинг кириши ва чиқиши учун умумий бўлган симга — ерга уланган бўлади. Шунга кўра биполяр транзисторларнинг уч хил уланиш схемаси мавжуд (3.13-расм).



3.13-расм. Транзисторнинг схемага уланиш турлари: а – УБ схема, б – УЭ схема, в – УК схема.

1. 
   Умумий базали схема — УБ,
   
2. 
   Умумий эмиттерли схема — УЭ,
   
3. 
   Умумий коллекторли схема — УК.
   

Булар ичида УБ схема транзисторларнинг хусусият- ларини текширишда энг қулайи ҳисобланади. Шунинг
учун транзисторларнинг физик катталиклари шу схема асосида текширилади ва у қолган икки уланиш схема- сига татбиқ этилади. 3.12-расмда келтирилган схема УБ схемадир. Ундаги эмиттер ўтишининг кавак токини I_эp ва электрон токини I_эп деб белғиласак, эмиттер то­ки учун цуйидаги ифода ўринли бўлади:


I_э = I_эp + I_эп (3.5.)


Бу ток бутун эмиттер ўтишн давомида доимий бўлади. Унинг I_эп ташкил этувчиси базадан эмиттерга электронларнинг ўтишидан ҳосил бўлади. У эмиттер ўтишидан бирор масофага узоқлашгач (4÷5 диффузион узунликда) эмиттердаги каваклар билан тўла рекомбинацияланади ва нольгача камаяди. Натижада кавак токи I_эp ортади.
Худди шунга ўхшаш коллектор ўтиши токи I_к ҳам икки ташкил этувчига эга бўлади: I_кр— кавак токи ва I_кп — электрон токи. I_кр нинг катталиги эмиттердан ба- зага ўтиб коллектор ўтишга етиб келадиган каваклар миқдори билан, I_кп эса, коллектордан базага утадиган электронлар сони билан характерланади.
Эмиттер ўтишининг кучланиши ўзгарса, эмиттер токи ўзгаради. Бунинг натижасида коллектор токининг I_кр ташкил этувчиси ўзгариб, I_кп ташкил этувчи ўзгаришсиз қолади. 1_кп нинг ўзгариши коллекторнинг ҳажмий қаршнлиги ўзаришига боғлиқ бўлади. Шунинг учун коллектор токининг I_кр ташкил этувчиси бошқарилувчи фойдали ток, I_кп — бошқарилмайдиган зарарли ток деб қаралади ва ҳамма вақт I_кп << I_кр бўлади. Умуман олганда натижавий коллектор токи коллектор ўтиши узунлиги бўйича доимий ток ҳисобланади:
I_к = I_кр + I_кп (3.6)
Агар 3.12- расмда келтирилган схеманинг эмиттер ўтиши узилса (E₁ манба узилса), коллектор ўтишидан I_кт га тенг тескари ток ўтади. Унинг қиймати коллекторнинг I_кп электрон токидан катта бўлади. Чунки бунда I_кп га базадан коллекторга ўтиб турувчи (мувозанатдаги) каваклар токи I_бр ҳам қўшилади.
I_кт бошқарилмайдиган коллектор токи ёки темпера­тура токи деб аталади. Уни коллекторнинг сокинлик токи деб хам аталади. Бу токнинг катталиги коллектор кучланишининг етарлича катта ўзгаришларида ҳамдо- имий қолади. Лекин ташқи муҳит ҳароратига жуда боғ- лиқ бўлади:
(3.7)
Бунда 6 коэффициент ярим ўтказгичнинг материалига боғлиқ бўлиб, германий кристали учун 8400 га тенг.
I_кт токнинг ихтиёрий температурадаги ифодаси
(3.7а)
кўринишда бўлади. Демак, германийли триоднинг со­кинлик токи температура ҳар 10°га ўзгарганда икки баравар ўзгарар экан. Масалан, температура 20°С дан 50°С га ортса, I_кт сокинлик токи 2³ = 8 марта ўсадн.
I_кт сокинлик токининг температурага бундай кучли боғлиқ бўлиши транзистор параметрларинииг кескин ўзгарншига олиб келади. Шунинг учун транзисторни ишлатишда буни албатта ҳисобга олиш керак.
Шундай қилиб, умумин ҳолда коллектор токининг катталиги бошқарилувчи I_кр ва бошқарилмайдиган I_кт токларнинг йиғиндисидан иборат бўлади:
I_к = I_кр + I_кт (3.8)
Эмиттер токи «+Е₁→эмиттер→база-+→—Е₁» занжир бўйича, коллектор токи —«+Е₂→база→ коллектор→— Е₂» занжир бўйича оқади. Шунга кўра база токининг кат­талиги I_б= I_э—I_к кўринишда ифодаланиши керак.
Қулайлик учун база токи «эмиттер→база→ташқи занжир→эмиттер» занжири бўйича оқади, деб қарала- ди. Бу ҳолда коллектор токи ўтадиган занжир ўзга- ради, яъни: « + Е₂→эмиттер→коллектор→Е2» бўлиб, база занжиридан ўтмайди. Шуига асосан, транзистор- нинг ток тенгламаси қилиб
I_э = I_к + I_б (3.9)
тенглик олинади.
(3.9.) ифода коллектор токининг эмиттер токига боғлиқ бўлишини кўрсатади. Бу боғланиш инерциал бўлади. Чунки эмиттердан базага каваклар ўтганда, база электроди яқинида электронлар концентрацияеи кеекин ортади ва уларнинг заряди каваклар зарядини компенсациялайди. Шунинг учун коллектор занжирдаги ток ўзгарнши учун эмиттердан базага ўтган кавакларнинг етарлича миқдори коллектор ўтишига етиб келиши керак, яъни базада уларнинг жуда оз миқдори рекомбинацияланиши керак. Бундай ўтишнинг эффективлиги узатиш коэффициента деган катталик билан белгила­нади ва қуйидагича ифодаланади:
(3.10)
Унинг қиймати ҳамма вақт бирдан кичик бўлиб, энг яхши яееи транзисторларда 0,99 гача етади.
Одатда а коэффициент умумий базали уланишда транзисториннг ток бўйича кучайтириш коэффициента деб аталади ва нагрузка қаршилиги нолга тенг бўлган ҳол учун аниқланади.
Коллектор токи коллектор кучланишига кам боғлиқ бўлгани учун а коэффициент кoллeктqp кучланишига боғлиқ бўлмаган катталик ҳисобланади. Коллектор ўтишининг дифференциал қаршилиги етарлича катта миқдор бўлгани учун унга катта қаршиликли R_H ташқи нагруз­ка уланиши керак (3.13а-расм). У коллектор кучланиши­нинг катта ўзгаришларида ҳам транзистор- нинг иш режимини ўзгартирмайди. Шунинг учун коллектор токининг кичик ўзгариши хам R_H да катта кучланиш ўзгаришини ҳосил қилади. Ҳақиқатан ҳам, кириш кучланишининг ўзгаришини эмиттер токи орқали ∆U₁ — R_киp·∆I_Э кўринишида ифодаланса, чиқиш кучланишининг ўзгариши
бўлиб, кучланиш бўйича кучайтириш коэффициента
(3.11)
бўлади. Бунди R_H>> R_киp бўлгани учун К > 1.
Шундай қилиб, умумий базали схемада транзистор кучланиш (қувват) бўйича кучайтириш хусусиятига эга бўлиб, токни кучайтирмас экан. Чунки унинг чиқиш қаршилиги кириш қаршилигидан етарлича катта бўлади.
Умумий эмиттерли ва умумий коллекторли схема- ларнинг хусусиятларини аниқлайлик. Умумий эмиттер­ли схеманинг ток бўйича узатиш коэффициенти
(3.12)
умумии коллекторли схеманики эса,
(3.13)
бўлади.
Агар (3.9) ва (3.10) ифодаларни ҳисобга олсак, (3.12) ва (3.13) ифодалар қуйидаги кўринишга ке­лади:
ва (3.14)
ва ҳамма вақт бирдан катта қийматга эга бўлади. Бу УЭ ва УК схемаларнинг токни кучайтириш хусусиятига эга эканини кўрсатади. Умумий эмиттерли схеманинг кучланиш бўйича кучайтириш коэффициенти
(3.15)
умумий коллекторли схема учун эса,
(3.15а)
бўлади.
УЭ схеманинг кириш қаршилиги чиқиш қаршилиги- дан кичик (R_киpчиқ), аммо УБ схеманинг кириш, қаршилигидан каттароқ бўлади. Шунинг учун УЭ схема кучланишни кучайтириш хусусиятига эга. УК схемада эса, кириш қаршилиги чиқиш қаршилигидан катта. R_н қаршилик чиқиш қаршилиги тартибида бўлгани учун у кучланиш бўйича кўнайтириш хусусиятига эга эмас. Шундай қилиб, УЭ схема ҳам ток, ҳам кучланиш бўиича кучайтириш хусусиятига эга. Шунинг учун бу схемада қувват бўйича энг катта кучайтиришга эришилади.


3.6.
системаси мавжуд.
Кириш характеристикалар системаси транзистор- нинг кириш токининг кириш кучланишига боғланишини, чиқиш характеристикалари системаси чиқиш токининг чиқиш кучланишига боғланишнии ифодалайди. Тўғри ўтнш характеристикалар системаси чиқиш токининг кирнш кучланиши билан боғланишига асосланиб, тран­зисторнинг кучайтириш хусусиятларини ифодалайди. Тескари ўтиш характеристикалар системаси эса, кириш кучланишига чиқиш кучланишнинг таъсирини, яъни транзистордаги ички тескари боғланишни ифодалайди ва транзистор ишининг ностабиллигини характерлайди.
Транзисторли схемаларнн ўрганишда кириш ва чи- киш характеристикалар системаси катта аҳамиятга эга. Шунинг учун бу характеристикаларни транзисторнинг УБ ва УЭ уланиш схемалари учун аниқлаймиз.
Транзисторнинг УБ схема учун кириш характерис­тикаси деганда коллектор кучланиши ёки токи ўзгармас бўлгандагн эмиттер токининг эмиттер кучланишига боғлиқлпгн тушунилади:
I_Э = f₁(U_Э)/U_кI_{к =const} (3.16)
Бунда U_к ва U_э кучланишларнинг қиймати умумий сим — базага нисбатан аниқланади. Шунинг учун «б» индекс тушуриб қолдирилган, яъни U_эб, U_кб ўрнига оддий U_э ва U_к деб ёзилган.
(3.16) ифоданинг графиги 3.14а-расмда кўрсатил- ган. U_к=0 бўлгандаги график ярим ўтказгичли диоднинг тўғри уланиш характеристикасининг ўзидир (3.8-расм). Коллектордаги манфий кучланишнинг ортиши билан характеристика эмиттер токининг катта қийматлари сохаекга силжийди. Сабаби коллектор кучланиши ортиши билан коллектор ўтиши кенгайиб, база қатлами тораяди. Бу базадаги диффузион токнинг, яъни эмиттер ва коллектор токларининг ортишига олиб келади; базадаги рекомбинация токи ва база қаршилнгидаги потен­циал тушуви камаяди; ташқи манба кучланишини ўзгармас десак, эмиттер ўтишидаги кучланиш ортиб эмиттер токининг кўпайишига сабаб бўлади.