Maydonli MOSFET ( - Toshkent-2023 Maydon tranzistori asosida kuchaytirgichlar

Maydonli MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) tranzistorlar. Maydonli yoki unipolyar tranzistorlarda o’tkazuvchi kanalning o’tkazuvchanligini o’zgartirish tok yo’nalishiga pepnendikulyar bo’lgan elektr maydoni yordamida amalga oshiriladi. O’tkazuvchi kanalga ulangan elektrodlar stok (drain) va istok (source) deb va boshqaruvchi elektrod zatvor (gate) deb ataladi. O’tkazuvchi kanalda elektr maydonini hosil qiluvchi boshqarish kuchlanishi zatvor va istok orasiga ulanadi.
MOSFET turdagi kuch tranzistorlarida o’tkazuvchi kanaldan konstruktiv jihatdan izolyatsiyalangan zatvor bo’ladi. Ularning tuzilishi va grafik tasviri 2.70-rasmda keltirilgan.
2.70-rasm. MOSFET-tranzistorning tuzilishi (a) va grafik tasviri (b)
Bipolyar tranzistorga o’xshash tarzda maydonli tranzistor ham chiziqli rejimi sohasi va to’yinish rejimi sohasiga ega. Ushu rejimlarda MOSFET-tranzistor bipolyar tranzistordek ishlaydi. Uning kirish va chiqish volt-amper xarakteristikalari 2.71,a,b –rasmlarda keltirilgan.
I
2.71-rasm. MOSFET-tranzistorning volt-amper xarakteristikalari
Maydon tranzistorlari, boshqacha qilib aytganda uni qutbli yoki kanallarni yaratish g‘oyasini qo‘shqutbli tranzistorni yaratiuvchilardan biri U.Shokli 1952 y taklif qildi. Bu tranzistorlarning asosiy ustunligi katta kirish qarshiligi (lampalarga o‘xshash va o‘ndan katta) N-p o‘tishli va p tipdagi kanalli maydon tranzistorining ulanish sxemasi prinsipi 18-rasmda tasvirlangan.
18-rasm.
Yarim o‘tkazuvchanligi plastinka (p-tipidagi) qarama qarshi uchlarida elektrodlarga ega uning yordamida kuchaytiruvchi kaskadning chiqish (boshqariladigan) zanjiriga ulangan. Bu zanjir Е2 manbadan ta’minalanadi va unga yuklanish Ryu ulangan. Tranzistor bo‘ylab asosiy tashuvchilar toki o‘tadi (elektron toki). Kirish (boshqaradigan) tranzistor zanjiri boshqa tipdagi elektr o‘tkazuvchanlik hududi bo‘lgan uchinchi elektrod yordamida tashkillangan (bu n-hududi). Е1 manba yagona n-p-o‘tishida teskari kuchlanish yaratadi.
O‘tishga to‘g‘ri kuchlanish berilmaydi, chunki bunda tranzistorning kirish qarshiligi juda kam bo‘ladi. Kirish zanjiriga kuchaytiriladigan tebranishlarnig manbai TM ulangan.
Maydon tranzistorida fizik jarayonlarni ko‘rib chiqamiz. Kirish kuchlanish o‘zgarganda n-p o‘tishda teskari kuchlanish o‘zgaradi, buning natijasida yopuvchi qatlamining qalinligi o‘zgaradi (18-rasmda bu hudud shtrixlangan chiziqlar bilan chegaralangan). Asosiy zaryad tashuvchilar oqimi o‘tadigan hududning ko‘ndalang kesim maydoni tegishli ravishda o‘zgaradi (chiqish toki). Bu hudud kanal deb nomlanadi. Kanalga oqib o‘tadigan asosiy zaryad tashuvchilar elektrodi istok(I) deb nomlanadi. Istok va stok lampaning katod va anodga o‘xshash (yoki qo‘shqutbli tranzistorning emitter va kollektoriga). Kanalning ko‘ndalang kesim maydonini rostlash uchun mo‘ljallangan boshqaruvchi elektrod zatvor deb nomlanadi. Zatvor lampaning to‘riga o‘xshash (yoki qo‘shqutbli tranzistorning bazasiga), garchi ularning ishlash prinsipi ancha farqlanadi.
Agar zatvorda kuchlanish oshirilsa, bunda yopuvchi qatlam qalinlashadi va kanalning ko‘ndalang kesim maydoni kamayadi. O‘zgarmas tokka bo‘lgan uning qarshiligi Ro oshadi va stok toki ishi kamayadi. Zatvorda ma’lum bir kuchlanishda kanalning ko‘ndalang kesim maydoni nolga teng bo‘ladi va stok toki juda kichik miqdorgacha kamayadi. Tranzistor yopiladi. Zatvorda kuchlanish O ga teng bo‘lganida, kanalning kesimi eng katta miqdorgacha oshib boradi, qarshilik Ro eng kam miqdorigacha kamayadi, stok toki maksimal miqdorgacha oshadi. Kirish kuchlanishi yordamida chiqish toki bilan yuqori samarali boshqarish uchun, kanal yaratilgan asosiy yarim o‘tkazuvchini materiali yuqoriomili bo‘lishi kerak, ya’ni aralashmalar konsentratsiyasi yuqori bo‘lmasligi kerak. Shunda yopuvchi qatlam eng katta qalinligida bo‘ladi. Bundan tashqari kanalning o‘zini boshlang‘ich qalinligi (kirish kuchlanishi nol bo‘lganida) yetarlicha kichik bo‘lishi kerak. Stokka yaqinlashgan sari kanal bo‘ylab potensial oshishi sababli, bunda stok yaqinrog‘ida o‘tishni teskari kuchlanishi oshadi va yopuvchi qatlam qalinligi katta bo‘ladi.
O‘tishni boshqaradigan maydon tranzistorlardan tashqari izolyatsiyalangan zatvorli tranzistorlar deb nomlanuvchilar mavjud. Boshqacha qilib aytganda MDYA tranzistorlari (metall-dielektrik-yarimo‘tkazuvchi). 19-rasmda Bunday tranzistorning tuzilish prinsipi ko‘rsatilgan.
19-rasm.
Asos bo‘lib elektr o‘tkazuvchanligi n-tipdagi kremniy plastinkasi xizmat qiladi. Unda yuqori o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lgan p-tipdagi elektr o‘tkazuvchanligi ikki hududga qaratilgan. Bu hududlar istok va stok bo‘lib va ulardan uchlar chiqarilgan. Stok va istok orasida elektr o‘tkazuvchanligi p-tipdagi yuza ustidagi kanal bor. Shtrixlangan hudud bu kremniy dioksididan dielektrik qatlam (uning qalinligi odatda, 0,1-0,2 mkm dan iborat). Dielektrik qatlami ustida yupqa metall plenka ko‘rinishidagi zatvor joylashgan. Bunday tranzistorning kristalli odatda istok bilan birlashgan va uning potensiali nolki deb qabul qilinadi. Ba’zan kristalldan alohida uch chiqarilgan bo‘ladi. Ko‘rilgan tranzistorni hususiy kanali (o‘rnatilgan) tranzistor deb nomlanadi. Ko‘ramiz, qanday u ishlar ekan.
Agar zatvorga nolli kuchlanish berilgan bo‘lsa, kuchlanish berilgandan keyin stok va istok oralig‘ida kanal orqali tok oqadi, bu tok elektronlar oqimi hisoblanadi. Kristall orqali tok bormaydi, chunki n-p o‘tishlardan biri teskari kuchlanishda bo‘ladi. Istokka nisbatan (demak kristallga nisbatan ham) zatvorga teskari qutbli kuchlanish berilganda, kanalda ko‘ndalang elektr maydoni hosil bo‘ladi, u esa istok hududiga, stokka va kristallga kanaldan elektronlarni itarib chiqaradi. Kanal elektronlardan kamayadi, uning qarshiligi oshadi, tok kamayadi. Zatvorda qancha ko‘p kuchlanish bo‘lsa, shunchalik tok kam bo‘ladi. Bunday rejim kambag‘allashish rejimi deyiladi. Agar zatvorga musbat kuchlanish berilsa, bunda maydon ta’siri tufayli stok, istok va kristall hududlaridan kanalga elektronlar kela boshlaydi. Kanal qarshiligi tushib ketadi, tok oshib boradi. Bunday rejim boyitish rejimi deyiladi. Agar kristall p-tipda bo‘lsa, unda kanal n-tipda bo‘lishi kerak va kuchlanishni qutbi teskariga o‘zgaradi.
Yuqoridagidan u shunday farq qiladiki, zatvor ma’lum bir qutblikda kuchlanish berilgandagina kanal paydo bo‘ladi (20-rasm).
S
Z
N
20-rasm.
Zatvorda kuchlanish bo‘lmaganida kanal yo‘q, p-tipdagi istok va stok oralig‘ida faqat n-tipdagi kristall joylashgan va n-p-o‘tishlaridan birida teskari kuchlanish paydo bo‘ladi. Bu holatda stok va istok oralig‘idagi qarshilik juda yuqori va tranzistor yopiq. Zatvorga musbat qutili kuchlanish berilganida, zatvorning maydoni ta’sirida o‘tkazuvchanlik elektronlari zatvor yo‘nalishi bo‘yicha stok va istok hududidan va n-hududidan o‘tishni boshlaydi. Zatvorda kuchlanish o‘zining yopuvchi (bo‘sag‘ali) miqdoriga (birlar voltiga) yetib borganida, yuzaning tepa qatlamida elektronlar konsentratsiyasi shunday ko‘payadiki, teshiklar konsentratsiyasidan oshib ketadi va bu qatlamda inversiya tipidagi elektr o‘tkazuvchanlik sodir bo‘ladi, ya’ni yupqa p-tipdagi kanal hosil bo‘ladi va tranzistor tok o‘tkaza boshlaydi. Zatvorda qancha kuchlanish ko‘p bo‘lsa, shuncha stokda tok katta bo‘ladi. Ko‘rinib turibdiki, bunday tranzistor faqat boyitish rejimida ishlay oladi. Agar asosi p-tipda bo‘lsa, unda n-tipdagi induksiyalangan kanalli tranzistorlar ko‘pincha qayta ulash qurilmalarda (ovoz texnikasida) uchratiladi.
Maydon tranzistorlarning ulanish sxemalari qo‘sh qutblarni ulanish sxemalariga o‘xshash. Ta’kidlash kerakki, maydon tranzistori, qo‘sh qutbliga qaraganda, ancha katta kuchaytirish koeffitsiyentini olishga imkon yaratadi.
Yuqori kirish (va kichik chiqish) qarshiliklarga ega bo‘lib, maydon tranzistorlari muntazam ravishda qo‘sh qutblarni siqib chiqaryapdi. Yana shuni esda tutish kerakki, maydon tranzistori statik elektrdan juda «qo‘rqishadi», shuning uchun ular bilan ishlaganda statik elektrdan himoyalash bo‘yicha juda qattiq talablar qo‘yiladi.
|