Tema : Mikrosxemalar. Mikrosxema elementleri. Mikrosxemalardi belgilew. Elektron ásbaplardıń dinamikalıq jumıs rejimi

Mikrosxemalar hám olardıń elementleri
Biz yarım ótkizgishli IMSlardin elementleri menen tanısamız. Sebebi paradasimon IMSlarda tek passiv elementler qarsılıq, sıyımlılıq hám induktivlik payda etiliwi haqqinda aytilgan edi. Olar taglik sırtına ótkizgish hám qorǵawshi elementlerdı sebiw yamasa perdeler qatlamı retinde jaylastırıw jolı menen payda boladi. Bunda taglik dielektrik materialdan jasalǵanı ushın elementlerdi bir-birinen qorǵawǵa shart bolmaydi.Tomengendegi birinshi suwretde sebiw jolı menen payda etilgen tuwrı tórt múesh formasında jasalǵan induktivlik katushka kórsetilgen.

1-suwret
Yarım ótkizgishli IMSlerdin elementlerin soǵıw quramalı texnologiyaliq process bolıp, olardıń túrleri har qiyli bolıp tabıladı. Barlıq processlerdiń negizin tranzistorlar quramı quraydı, Yaǵnıy barlıq passiv hám aktiv elementler tranzistor tiykarında payda etiledi. Tiykar tranzistor wazıypasın bipolyar yamasa unipolyar tranzistorlar atqaradı.
Bipolyar tranzistorlardı soǵıwda onıń eki formulası p-n-p hám n-p-n den paydalanıladı. Olardan n-p-n túri eń kóp tarqalǵan.
Bipolyar tranzistorlarda tranzistor giltinin parametrlerin esaplaw.
1-suwretde kremniyli BT nıń UE jalǵanıw sxeması elektron gilttin prinspial sxeması kórsetilgen.

1- súwret. Kremniyli BT nıń UE elektron gilt sxeması : a) prinspial sxema ; b) ekvivalent sxema

Tranzistor túrin tańlaymiz
I_K =(U_m-U_toy )/R_K
U_m(U_ip)- kernewdin deregi (15V),
U_toy (U_kinas ) -bipolyar tranzistordin toyiniwi 0,4V ni alamiz
R_K –Kollekter qarsiligi(220 Om)
Sonday qilip;
I_K = (15-0.4)/220 = 0.066A = 66мА
Ámelde, isenimlilik sebebli, elementler har dayim artigi menen tańlanıwı kerek. Koefficientti 1, 5 alamız.
Sonday etip, tranzistor qabıl etiletuǵın kollektor tokı keminde 1, 5 * 0. 066 = 0. 099 A ​​va maksimal 1, 5 * 15 = 22, 5 v maksimal kollektor -emitter kernewine iye boliwi kerek.
Berilgen parametrlerge kóre, BC547 A tranzistorı sáykes keledi (I_max =0.1A U_ke =45V)
BC547 A bipolyar tranzistordıń xarakteristikası :
Dúzilisi - n-p-n
Kollektor -emitter kernewi: 45 v
Kollektor -baza kernewi: 50 v
Emitter-baza kernewi: 6 v
Kollektor tokı : 0, 1 A
Kollektor quwatınıń ajıraliwi, ko'bi menen 0, 5 Vt
Tranzistordıń tok boyınsha kúsheytiw koefficienti (hfe): 110 nan 220 ǵa shekem
Ótiw tokınıń shegaralıq chastotası : 150 MGz
Korpus : TO-92
Ekvivalent gilt sxemasınıń parametrlerin esaplaymiz:
U_ipeka =U_ip ;
U_ipeks=8.3 V
R_keka=
R_keka 125 Om=0.125kOm
_Rb=h11E
UE jalǵanıw sxemasına sáykes keletuǵın BC547 tranzistorınıń statikalıq kiriw hám shıǵıw xarakteristikaları toparin qaraymiz.
OE I_b = f (U_be) da U_ke = 0 V ham U_ke = 10 Vga sáykes keletuǵın BC547 A tranzistorınıń kiriw xarakteristikaların ajıratıp alamız.
Tranzistordıń parametrlerin ólshew ushın 2-suwretdegi sxemanı jiynadiq.

2-súwret. Transistordin kiriw xarakteristikalari toparin alıw sxeması

Alınǵan I_b hám U_be manislerı 1-kestede ulıwmalastırildi. Olardan paydalanıp, biz BC547 A tranzistorınıń statikalıq kiriw xarakteristikaların jaratamız.
1-keste.
UE I_b = f (U_be) de U_ke = 0 v hám U_ke = 10 v ga sáykes keletuǵın BC547A tranzistorınıń statikalıq kiriw xarakteristikaları topari.

Uke=0V		Uke=15V
Ib, mkA	UBE, mV	Ib, mkA	UBE, mV
25	546	25	652
50	566	50	673
75	578	75	685
100	587	100	694
125	593	125	701
150	599	150	706
175	603	175	711
200	607	200	715
250	614	250	721
300	620	300	727
350	624	350	731
400	628	400	736
450	632	450	739
500	635	500	742

Tiyisli maǵlıwmatlarǵa kóre, biz tranzistordıń kiriw xarakteristikalarınıń I_b = f (U_be) grafigini sizamiz (3-súwret)

.

3-súwret. BC547 A tranzistorınıń kiriw xarakteristikalarınıń Ib = f (Ube) grafigi

UE I_k = f (U_ke) de I_b = const maniske sáykes keletuǵın tranzistordıń shıǵıw xarakteristikaları toparin qurıw.

UE jalǵanıw sxemasına sáykes keletuǵın BC547 A tranzistorınıń statikalıq shıǵıw xarakteristikaları gruppasın qurıw ushın biz multisim programmalıq támiynat ortalıǵında xarakteriograf-Iv den paydalanamız (4-súwret)

4-súwret. Transistordin shıǵıw xarakteristikaları

Xarakterografda siz 5 ten kem bolmaǵan shıǵıw xarakteristikaların alıwıńız kerek. Onıń ushın, «parametri modelirovaniya» aynasında, I_b baza tokı ushın 5 parametr alındı.U_KE kernewi 0 den 20 v ge shekem ózgertirildi.
Xarakteriograf-Iv járdeminde 2-kesteni toldıramız. Usınıń menen birge, I_b nıń ámeldegi ma’nisin xarakteriograf ma’nisine ornatamız.
2-keste.
UE I_k = f (U_ke) nıń I_b= const ma’nisine sáykes keletuǵın BC547 A tranzistorınıń statikalıq shıǵıw xarakteristikalari.

Uke, В	Ib=0	Ib=90 мкА	Ib=180 мкА	Ib=270 мкА	Ib=360 мкА	Ib=450 мкА
	mA	mA	mA	mA	mA	mA
0	0	0	0	0	0	0
0,125	0	5,971	11	16	19	23
0,25	0	9,01	16	22	27	31
0,5	0	9,517	17	23	29	33
1	0	10	19	26	32	37
2	-0,00044	12	22	31	38	44
3	0	14	26	35	44	51
4	-0,00089	16	29	40	50	59
5	-0,00089	18	33	45	56	66
6	0	19	36	5	62	73
7	0	21	39	55	68	81
8	0	23	43	60	75	88
9	0	25	46	65	81	95
10	-0,00178	27	50	69	87	102
15	0	28	67	94	117	139
20	0	44	84	118	148	175

Alınǵan maǵlıwmatlarǵa tiykarında, tranzistordıń shıǵıw xarakteristikaları grafigini I_k = f (U_ke) sizamiz (5-súwret).

5-súwret. BC547 A tranzistorıdıń shıǵıw xarakteristikalarınıń Ik = f (Uke) grafigi

I_k =f(U_ki)І_Ia=const usi jıynaqǵa kiretuǵın BT shıǵıw háreketeristikasina tómendegi teńleme arqalı,

I_k= koordinata kosherinde jatiwshi 2 noqat arqalı, tuwrı sızıqlı urınba ótkeremiz, koordinata noqatları, I_k=0 koordinata kósherindegi kernew U_ki=U_ipeka =8.3 V hám I_k=U_ipeka/R_kika=64 mA, U_ke=0 _, toklar ańlatpa arqalı baza I_bi tokı hám shıǵıw kernewindegi giltti U_keka=U_be ( ), anıqlawshı júklemenin tuwrı hám iymek sızıqlı kesilisiw noqatların tabamız, N -sol sıyaqlı noqatlar sanı.

Keste 3. . Shıǵıw kernewiniń manisleri

Ukei V	Uke	Uke1	Uke2	Uke3	Uke4	Uke5
Uexi=Ukex, V	9,2	7,9	5,8	4,2	3,7	2,9

R_b-ni anıqlaymız
R_b = h_11e
Onıń ushın 5-suwretdegi 2-noqattan paydalanamız, bunda I_b2 = 250 mkA.
Kirisiw xarakteristikasınan h_11e-ni anıqlaymız:

7-súwret. h11e ni anıqlaw

Suwretden biz I_b1 = 140 mkA, I_b3 = 330 mkA, U_be1 = 710 mV, U_be3 = 740 mV ekenligin anıqlaymız. Keyin h_11e anıqlanadı :

BT nıń kiriw VAXi U_ke de shıǵıw kernewine sáykes keletuǵın U_bi kernewdi tabıwǵa múmkinshilik beredi.

8-súwret. Ubei ni anıqlaw

Alınǵan manisler U_dix hám U_dxi jupligi gilttin uzatıw xarakteristikasın qurıwǵa múmkinshilik beredi. U_dixi nıń joqarı shıǵıw dárejesi BT nıń kesilisiw tarawına sáykes keledi (6 -suwretde " 0" noqatı ):

U¹_dix = U_ipeka –I_kio R_k U_ipka=9.2 V
Shıǵıw dárejesi tómenligi to'yiniw rejimine tuwrı keledi (6 -suwretdegi " 5" noqatı )
_{U0dix =Ukinas}
Uzatıw xarakteristikasın quramız :
Keste 5. Uzatıw xarakteristikası

Uвхi, В	0	3,762	5,034	7,831	8,871	9,908
Uвыхi, В	9,2	7,9	5,8	4,2	3,7	2,9

9 -súwret. Transistor Transistor giltinin xarakteristikası

Uzatıw xarakteristikasında gilttini 3 tarawı bar: kesilgen tarawdıń - kishi dárejedegi kirisiwdegi kernewge saykes keliwshi tarawdıń, aktiv tarawdıń- BT ni kesilgen rejimnen to'yinish rejimine ótetuǵın hám kerisinshe bolǵan rejim, to'yiniw tarawı - joqarı dárejedegi kirisiw kernewine saykes keliwshi taraw.

Gilttin uzatıw xarakteristikasın jáne de anıq esaplaw ushın tok boyınsha statikalıq koefficienti arqalı uzatıw tokınıń baza tokı manisine baylanıslılıǵın esapqa alıw kerek.
Bipolyar tranzistorlardi sxemaǵa jalǵaw
Tranzistorlar radiosxemada isletilingende onıń elektronlarınan biri hámme waqıt shınjırdıń kiriwi hám shıǵıwı ushın ulıwma bolǵan sigma-jerge jalǵanǵan boladı. Soǵan qaray, tranzistorlardıń úsh qıylı jalǵanıw sxeması boladı (10-súwret).
1. Ulıwma bazalı sxema -UB,
2. Ulıwma emitterli sxema -UE,
3.Ulıwma kollektorlı sxema -UK.
Bulardıń ishinde UB sxema tranzistorlarınıń qásiyetlerin tekseriwde eń qolay esaplanadı. Sol sebepli tranzistorlardıń fizikalıq parametrleri sol sxema tiykarında tekseriledi hám ol qalǵan eki jalǵanıw sxemasında paydalanıladı.

E1 E2 a)	E1 E2 b)	E1 E2 c)

10-súwret. Tranzistorlardıń sxemaǵa jalǵanıw túrleri.
a-UB sxema, b-UE sxema, c- UK sxema.
10- suwretde keltirilgen sxema UB sxeması boladı. Odaǵı emitter ótiwiniń gewek tokın Ier hám electron tokın Iep dep belgilesak,, emitter tokı ushın ápiwayı túrde jazıladı hám orınlı boladı.
I_i=I_ir+I_ip (1)
Bul tok pútkil emitter ótiwi dawamında ózgermeytuǵın boladı.I_er duziwshi bazadan emitterge elektronlardıń ótiwi payda boladı. Ol emitter ótiwin málim bir aralıqta uzaqlasqanda (4÷5 diffusion uzınlıqta ) emitterdegi tesiksheler menen tolıq rekombinatsiyalanadi hám nolǵe shekem azayadı. Nátiyjede tesikshe tokı I_er artadı.
Soǵan uqsas kolleltor ótiw tokı I_k hám eki dúziwshige iye boladı. I_kr-gewek tokı hám I_kp-elektron tokı. I_kr-dıń úlkenligi emitterden bazaǵa ótip kollektor ótiwge jetip keletuǵın tesiksheler muǵdarı menen, I_kp bolsa, kollektordan bazaǵa ótetuǵın elektronlar sanı menen xarakterlenedi. Emitter ótiwdiń kernewi ózgerse, emitter tokı ózgeredi. Bunıń nátiyjesinde kollektor toginin I_kr dúziwshisi ózgerip, I_kr dúziwshisi ózgeriwsiz qaladı. I_kp nıń ózgeriwi kollektordıń kólem qarsılıgı ózgeriwine baylanıslı boladı. Sol sebepli kollektor toginin I_kr dúziwshisi basqariliwshi paydalı tok, I_kp- basqarilmaydigan zıyanlı tok dep ataladı hám hámme waqıt I_kp<< I_kr boladı. Ulıwma alǵanda nátiyjeli kollektor tokı kollektor ótiw uzınlıǵı boyınsha ózgermeytuǵın tok esaplanadı.
I_k=I_kr+I_kp (2)
Eger 10-suwretde keltirilgen sxemanıń emitter ótiwi uzilse (E₁ tok kózi uzilse), kollektor ótiwinen I_kt ga teń keri tok ótedi. Onıń ma`nisi kollektordıń I<sub>kp</sub> elektron tokınan úlken boladı. Sol sebepli bunda I<sub>kp</sub> ga bazadan kollektroga ótip ketiwshi (teń salmaqlılıqtaǵı ) gewekler tokı I<sub>br</sub> ge qosıladı.
I<sub>kt</sub> basqarilmaytug i kollektor yamasa temperature tokı dep ataladı. Onı kollektordıń jim-jirtliq tokı dep da ataladı. Bul toktin úlkenligi kollektor kernewiniń jeterlishe úlken ózgerislerinde de ózgermeytuǵın qaladı. Biraq sırtqı temperatura ǵa baylanıslı boladı.
I<sub>KT</sub>=A (3)
Bunda koefficiyent yarım ótkezgishtiń materialına baylanıslı bolıp, germaniy kristalı ushın 8400 ge teń.
I<sub>KT</sub> toktin qálegen temperaturadaǵı jazılıwı
I<sup>(t)</sup><sub>KT</sub> –I<sup>(20)</sup><sub>KT</sub> (4)
Kórinisinde boladı. Sonday eken, germaniyli triodtin jım-jırtlıq tokı temperaturasi hár 10<sup>o</sup> ga eki ret ózgeredi. Mısalı, temperatura ózgergende eki ret ózgeredi eken. 20<sup>o</sup>C dan 50<sup>o</sup>C ga artsa, I<sub>kt</sub> jım-jırtlıq tokı 2<sup>3</sup>=8 ret artadı.
I<sub>kt</sub> jım-jırtlıq tokınıń temperaturaga bunday baylanısıtda bolıwı tranzistor parametrleriniń keskin ózgeriwine alıp keledi. Sol sebepli tranzistordı isletiwde bunı esapqa alıw kerek.
Sonday etip, ulıwma halda kollektor toginin úlkenligi basqariliwshi I<sub>kp</sub> hám basqarilmaytugin I<sub>kt</sub> toklarınıń jıyındısınan ibarat boladı.
I<sub>K</sub>=I<sub>KR</sub>+I<sub>KT</sub> (5)
Emitter tok <<+E → emitter → baza→ E<sub>1</sub>>> shınjır boyınsha, kollektor tokı <2 → baza→ kollektor→E<sub>2</sub> shınjır boyınsha ogadi. Soǵan qaray baza toginin úlkenligi I<sub>b</sub> =I<sub>э</sub> – I<sub>k</sub> kórinisinde jazıladı.
Qolaylıq ushın baza tokı<< emitter → baza→ sırtqı shınjır→ emitter>> shınjırı boyınsha ogadi dep qaraladı. Bul halda kollektor tokı ótetuǵın shınjır ózgeredi yaǵnıy; <<+E<sub>2</sub> → emitter → kollektor→ E<sub>2</sub>>> bolıp, ol baza shınjırınan ótpeydi. Soǵan tıykarlanıp, tranzistordıń tok teńlemesi etip
I<sub>i</sub>=I<sub>k</sub>+I<sub>b</sub> (6)
teńlik alınadı.
(6) ańlatpa kollektor toginin emitter tokına baylanıslı bolıwın kórsetedi. Bul baylanısıw inersial boladı. Sol sebepli emitterden bazaǵa gewekler ótkende, baza elektrodı qasında elektronlar konsentraciyası keskin artadı hám olardıń zaryadı gewekler zaryadın konsepsiyalaydı. Sol sebepli kollektor shınjırındaǵı tok ózgeriwi ushın emitterdan bzaga ótken geweklerdiń jetkiliklishe muǵdarı kollektor ótiwine jetip keliwi kerek, yaǵnıy bazada olardıń júdá az muǵdarı rekombinatsiyalaniwi kerek. Bunday ótiwdiń effektivligi uzatıw koefficiyenti degen shama menen belgilenedi hám apiwayi túrde jazıladı :
U<sub>k</sub> =const (7)
Onıń ma`nisi hámme waqıt birden kishi bolıp, eń jaqsı tegis tranzistorlarda 0, 99 ǵa shekem jetedi.
Ádetde koefficiyent ulıwma bazalı jalǵanıwda tranzistordıń tok boyınsha kernew koefficiyenti dep ataladı hám nagruzka qarsılıgı nolǵa teń bolǵan jaǵday ushın anıqlanadı.
Kollektor tokı kollektor kernewine kem baylanısıw bolǵanı ushın koefficiyent kollektor kernewine baylanıslı bolmaǵan shama esaplanadı. Kollektor ótiwiniń differensial qarsılıgı jetkiliklishe úlken muǵdar bolǵanı ushın oǵan úlken qarsılıqlı R_n sırtqı nagruzka jalǵanıwı kerek (10-su'wret). Ol kollektor kernewiniń úlken ózgerislerinde de tranzistorlardıń jumıs rejimin ózgertirpeydi. Sol sebepli kollektor toginin kishi ózgeriwi de R_n de úlken kernew ózgeriwin payda etedi. Haqıyqatlıqtan da, kiriw kernewiniń ózgeriwin emitter tokı arqalı U_i=R_kir I_э kórinisinde jalgansa, shıǵıw kernewiniń ózgeriwi U₂=R_shiq I_кR_nҲI_к bolıp, kernew bo'yicha kúsheytiw koefficiyenti
K= (8)
boladı. Bunda R_n>>R_kir bolǵanı ushın K>1.
Sonday etip, ulıwma bazalı sxemada transistor kernew (quwatı ) boyınsha kúsheytiw ózgesheligine iye bolıp, tokti kúsheytirmes eken. Sol sebepli onıń shıǵıw qarsılıgı kiriw qarsılıgınan jetkiliklishe úlken boladı.
Ulıwma emitterli hám ulıwma kollektorlı sxemalardıń qásiyetlerin anıqlayliq. Ulıwma emitterli sxemanıń tok boyınsha uzatıw koefficiyenti
_k =const (9)
Ulıwma kollektordıń sxeması bolsa,
U_K=const (10)
boladı.
Eger (6 ) hám (7 ) ańlatpanı esapqa alsaq, (9) hám (10) uzatılıwı ápiwayı kóriniske keledi:
hám (11)
Barlıq waqıt birden úlken maniske iye boladı. Bul UE hám UK sxemalarınıń tokın kúsheytiw ózgeshelikine iye ekenligin kórsetedi. Ulıwma emitterli sxemanıń kernewi boyınsha kernew koefficiyenti
K_u = (12)
Ulıwma kollektorlı sxema ushın bolsa,
K_U= (13)
boladı.
UE sxemanıń kiriw qarsılıgı shıǵıw qarsılıgınan kishi (R_kirshiw), biraq UB sxemanıń kiriw qarsılıgınan úlkenlew boladı. Sol sebepli UE sxema kernewi kúsheytiw qasiyetine iye. UK sxemada bolsa, kiriw qarsılıgı shıǵıw qarsılıgınan úlken. R_n qarsılıq shıǵıw qarsılıgı tártibinde bolǵanı ushın ol kernew boyınsha kóbeytiw ózgeshelikine iye emes. Sonday etip, UE sxema da tok da kernew boyınsha kúsheytiriw ózgesheligine iye. Sol sebepli bul sxeamada quwatliq boyınsha eń úlken kernewge erisiledi..