Таълим вазирлиги наманган муҳандислик-қурилиш институти энергетика

2. Транзистор негизидаги ярим ўтказгичли кучайтиргич.

Транзисторлар, электрон лампалар ва электромеханик элементларда учрамайдиган, яъни кичик ўлчам ва масса, тез ишлаб кетиш, юқори ишончлилик, тебраниш ва турли зарбаларга бардошлилик каби қатор қимматли сифатларга эга. Қиздирилувчан катодининг йўқлиги транзисторнинг истеъмол қувватини камайтиради. Транзисторлар ишлаб кетиши учун кичик миқдордаги кучланиш кифоя бўлиб, улар бир неча ўн минглаб соат хизмат қиладилар.

Ярим ўтказгичли элементлар негизидаги аппаратлар қуйидаги афзалликларга эга: юқори даражадаги сезгирлик; юклама занжирининг юқори ф.и.к.; улаб-узувчан контактларнинг йўқлиги.
Шунингдек, улар қуйидаги камчиликларга ъам эга: узиш (отсечка) холатида занжирнинг тўлиқ узилмаслиги; юклама билан бошқариш занжири (база) ўртасидаги гальваник боғланиш мавжудлиги; транзистор параметрларининг ҳароратга боғлиқлиги.
Транзисторлар негизида ясалган контактсиз реле, кучайтиргич ва мантиқий элемент каби ярим ўтказгичли аппаратлар амалиётда кенг қўлланилади.
Транзистор негизида ясалган умумий эммитерли кучайтиргич схемасини кўриб чиқамиз:



13.10-расм. Транзисторли кучайтиргич схемаси.

13.10,а-расмдаги схемада кўрсатилган ток, кучланиш ва э.ю.к.ларнинг йўналиши, мусбат йўналиш деб қабул қилинган.

Транзисторнинг уч электроди мавжуд: эммитер Э; коллектор К ва база Б. Эммитер токи:

i_Э=i_К+i_Б

Транзистор бошқарилувчан актив қаршилик ҳисобланади. Базадаги ток қийматига кўра эммитер ва коллектор ўртасидаги қаршилик ўзгариб боради. Натижада юклама R_н дан оқаётган ток миқдори ъам ўзгариб боради. Кучайтиргичнинг характеристикалари - б ва - в расмларда тасвирланган. Бошқариш токининг манфий (-I_у.о) қийматида юкламадан минимал I_к.о. токи оқиб ўтади, бунда I_к.о=I_у.о. Кучайтиргичнинг бундай режими узиш режими (режим отсечки) деб аталади ва О харфи билан белгиланади.

Агар бошқариш токи (i_у)ни нолpгача камайтириб, сўнгра мусбат йўналишда ошириб борилса, юклама токи чизиқли ортиб боради (__,б-расм).
Базадаги ток I_б.н. қийматига етиб борганда транзисторнинг тўйиниши режими бошланади. Бу режимда эммитер ва коллектор ўртасидаги қаршилик жуда кичик бўлиб, занжирдаги ток юкламанинг қаршилиги билан аниқланади. Бундай режим тўйиниш режими деб аталади ва Н ъарфи билан белгиланади. Транзисторни О ъолатидан Н ъолатига ўтказиш учун талаб қилинган бошқариш токининг қиймати ўтказиш токи (Iу.п.) деб аталади (__,б-расм). __,в-расмда юкламадаги ток билан бошқариш сигналининг э.ю.к. си ўртасидаги боғланиш акс эттирилган.
Эммитер – база ўтишининг қаршилиги чизиқсиз эканлиги оқибатида i_к=f(e_у) боғланиши ъам чизиқсиз харатерга эга. Бошқариш сигналининг манфий (-Е_у.о) қиймати узиш кучланиши (напряжение отсечки) деб, мусбат (Е_у.н) қиймати эса тўйиниш кучланиши деб аталади. Транзистор базасининг эммитерга нисбатан манфий сигналининг ортиши натижасида транзистордан оқаётган токнинг ортиши, р-п-р транзисторларининг хусусиятларидан бири ҳисобланади. Транзисторни ёпиқ ъолатдан очиқ ъолатга ўтказиш учун э.ю.к.нинг – Е_у.о қийматига мусбат ишорага эга бўлган ўтказиш э.ю.к.си (Е_у.п) қиймати қўшилиши керак.
Коллектор токи i_к билан эммитер токи i_э ўртасидаги боғланиш транзисторнинг муъим ъарактеристикаси ҳисобланади. Коллектор занжири токи қиймати орттирмаси ( I_к)нинг база занжири токи қиймати орттирмаси ( I_б) га нисбати транзисторнинг ток бўйича кучайтириш коэффициенти деб аталади. Умумий эммитерли схема учун ушбу катталик:

Кучайтириш коэффициент =10 – 100 бўлган транзисторлар учун ёпилиш кучланиши Е_у.о=0,05 - 0,12В га тенг. Лёкин, ъарорат ортиши билан узиш токи ва кучланиши кескин ортади. Шунинг учун транзисторнинг ишончли ёпилиши учун Е_у.о қиймати 0,1 – 0,5В га тенг деб қабул қилинади.
Транзисторнинг ишончли ишлаши (надежностp) ъароратга боғлик. Ушбу ъарорат ташқи муъит ъарорати билан, транзистордан ток оқиб ўтганда ажралаётаган қувватга кўра аниқланади. Транзисторнинг ъароратини талаб доирасида ушлаб туриш учун транзистордан ажралаётган қувват миқдори, транзистордан тарқалаётган қувват миқдоридан кам бўлиши керак (ушбу қувват транзистор паспортида кўрсатилган бўлади).
Узиш (отсечка) режимида:
Р_оЕ_к^.I_к.о.
Бошқариш токи i_у ошиши билан юклама токи i_н ортиб боради, натижада транзистордан ажралаётган қувват ъам ортиб боради, унинг қиймати:
Р=I_кU_эк
Тўйиниш режимида транзистордан ажралаётган қувват миқдори:
Р_нас = U_эк.н^.I_к.н<Р_расс
Ушбу қувват Р_о қувватига қараганда анча катта қийматга эга. Ярим ўтказгичли реле аппаратларида ва мантиқий элементларда транзистор узиш ъолатида ёки тўйиниш ъолатида бўлади. Бир ъолатдан иккинчи ъолатга ўтиш жуда тез амалга ошадики, транзисторнинг қизиши асосан тўйиниш ъолатига тўғри келади. Бундай режим транзисторнинг калит режими деб юритилади. Транзисторнинг тўйинган холати реле контактларининг ёпиқ ъолатига эквивалент бўлса, узиш режими эса – контактларнинг очиқ ъолатига эквивалентдир.
Агар схема юкламанинг актив – индуктив характерига эга бўлса, Н режимидан О режимига ўтишда, токнинг катта тезликда пасайиши билан характерланадиган катта миқдордаги э.ю.к – L^di/_dt ъосил бўлади. Натижада коллектор билан эммитер ўртасида манба кучланиши Е_к билан э.ю.к - L^di/_dt ларнинг йиғиндисидан иборат кучланиш амалда бўлади. Э.ю.к - L^di/_dt нинг қиймати шунчали катта бўлиши мумкинки, унинг таъсирида транзистор тешилади. Бундай ўта кучланишларнинг олдини олиш учун схемадаги юклама диод занжири билан шунтланган бўлади (__,а-расмдаги схеманинг штрихланган бўлаги).
Юқорида таъкидланганидай, транзисторлар ва транзисторларнинг бошқариш занжири билан юклама ўртасида гальваник алоқа мавжуд. Бундай алоқа бўлиши таъқиқланган ҳолларда оптоэлектрон қурилмалардан (оптронлар ёки бошқача айтганда оптоэлектрон жуфтликлар) фойдаланилади. Отоэлектрон асбоб корпусига нур тарқатувчи элемент (одатда фотодиод), ва нурни қабул қилувчи элемент (фототранзистор, фототиристор ёки фоторезистор) ўрнатилган бўлади. Фотодиодга сигнал берилгач, у нур тарқата бошлайди ва ушбу нур, қабул қилиш элементига таъсир қилиб, юклама занжиридаги фототранзистор ёки фототиристорни очади. Бошқариш занжири билан юклама ўртасидаги электр қаршилик 10¹²Ом ни ташкил қилади, сиғими эса 0,1 пФ дан кам бўлади.

13.11-расм. Оптоэлектрон реле схемаси.

Оптронларнинг бундай хусусиятлари аппаратнинг ташқи шовқин ва халалларга чидамлилиги ва ишончли ишлаш қобилиятини оширади, схемасини соддалаштирали. Оптронларнинг ишлаб кетишидаги кечиқиш жуда ъам кичик миқдорни ташкил этади.

Контактсиз оптрон реле схемасини кўриб чиқамиз (13.11-расм).

Схемадаги юклама R_н, кўприк схемаси бўйича терилган тўғрилагич диагоналига уланган тиристор VS ёрдамида занжирга уланади. Ўз ўрнида VS тиристори оптоэлектрон жуфтлик (оптрон) ва VТ1, VТ2 транзисторлари ёрдамида бошқарилади. Бошқариш сигнали Е_у нолга тенг бўлганда оптрон транзистори VТ_ф ёпиқ, транзистор VТ1 эса очиқ бўлади. Тиристор VS нинг бошқариш электродидаги сигнал хам нолга тенг бўлиб, у ҳам ёпиқ бўлади. Е_у сигнали узатилиши билан транзистор VТ_ф очилади, VT1 эса ёпилади. Тиристор VS га очиш потенциали узатилиб, у очилади ва юкламадан ток оқа бошлайди. Тиристор VS ҳар ярим даврда очилади. Бошқариш сигнали Е_у нинг узатилиши тўхтатилганда VS ёпилади. Манба кучланиши белгиланган қийматдан ошиб кетган холларда VT2 очилиб, VS нинг ёпилишини таъминлайди.