Bipolyar transistor haqida qisqacha ma’lumot

Bipolyar transistor haqida qisqacha ma’lumot
Mavzu: Bipolyar tranzistorlaning dinamik ish holati
Reja:
Bipolyar tranzistorlar haiqda ma’lumot
Bipolyar tranzistorlardagi dinamik holat
Baza, emitter, kollektor
Bipolyar transistor haqida qisqacha ma’lumot
Bipolyar tranzistor (ВТ) deb o‘zaro ta’sirlashuvchi ikkita p-n o‘tishdan tashkil topgan va signallarni tok, kuchlanish yoki quvvat bo‘yicha kuchaytiruvchi uch elektrodli yarimo‘tkazgich asbobga aytiladi. BT da tok hosil bo'lishida ikki xil (bipolyar) zaryad tashuvchilar - elektronlar va kovaklar ishtirok etadi. ВТ p - va n - o‘tkazuvchanlik turi takrorlanuvchi uchta (emitter, baza va kollektor) yarimo‘tkazgich sohaga ega (1-rasm).
1-rasm. Tranzistor tuzilishi ( a) p+ -n-p, b) n+-p-n)
Tranzistorning kuchli legirlangan chekka sohasi (n+ - soha) emitter deb ataladi va u zaryad tashuvchilarni baza deb ataluvchi o’rta sohaga (r - soha) injeksiyalaydi. Keyingi chekka soha (n - soha) kollektor deb ataladi. U emiitterga nisbatan kuchsizroq legirlangan bo’lib, zaryad tashuvchilarni baza sohasidan ekstraktsiyalash uchun xizmat qiladi. Emitter va baza oralig’idagi o’tish emitter o’tish, kollektor va baza oralig’idagi o’tish esa kollektor o’tish deb ataladi.
2-rasm. n-p-n o’tish sxemasi
Agar emitter o’tish teskari yo’nalishda, kollektor o’tish esa to’g’ri yo’nalishda siljigan bo’lsa, u holda bu tranzistor invers yoki teskari ulangan deb ataladi. Tranzistor raqamli sxemalarda qo’llanilganda u to’yinish rejimida (ikkala o’tish ham to’g’ri yo’nalishda siljigan), yoki berk rejimda (ikkala o’tish teskari siljigan) ishlashimumkin.
2. Bipolyar tranzistorning ulanish sxemalari
Tranzistor sxemaga ulanayotganda chiqishlaridan biri kirish va chiqish zanjiri uchun umumiy qilib ulanadi, shu sababli quyidagi ulanish sxemalarimavjud: umumiy baza (UB) (3 a-rasm); umumiy emitter (UE) (3 b-rasm); umumiy kollektor (UK) 3 v- rasm). Bu vaqtda umumiy chiqish potentsiali nolga teng deb olinadi. Kuchlanishmanbai qutblari va tranzistor toklarining yo’nalishi tranzistorning aktiv rejimigamos keladi. UB ulanish sxemasi qator kamchiliklarga ega bo’lib, juda kam ishlatiladi.
a) b) v)
3 – rasm. Bipolyar tranzistorning ulanish sxemalari
Bipolyar tranzistorning aktiv rejimda ishlashi. UB ulanish sxemasida aktiv rejimda ishlayotgan n-p-n tuzilmali diffuziyali qotishmali bipolyar tranzistorni o’zgarmas tokda ishlashini qo’rib chiqamiz (3 a-rasm). Bipolyar tranzistorning normal ishlashining asosiy talabi bo’lib baza sohasining yetarlicha kichik kengligi W hisoblanadi; bu vaqtda W L sharti albatta bajarilishi kerak (L-bazadagi asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilarning diffuziya uzunligi).
Bipolyar tranzistorning ishlashi uchta asosiy hodisaga asoslangan:
emitterdan bazaga zaryad tashuvchilarning injektsiyasi;
bazaga injektsiyalangan zaryad tashuvchilarni kollektorga o’tishi;
bazaga injektsiyalangan zaryad tashuvchilar va kollektor o’tishga yetib kelgan asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilarni bazadan kollektorga ekstraktsiyasi.
Emitter o’tish to’g’ri yo’naliishda siljiganda (UEB kuchlanish manbai bilan taminlanadi) uning potensial to’siq balandligi kamayadi va emitterdan bazaga elektronlar injeksiyasi sodir bo’ladi. Elektronlarning bazaga injeksiyasi, hamda kovaklarni bazadan emitterga injektsiyasi tufayli emitter toki IE shakllanadi. Shunday qilib, emitter toki
,
bu yerda Ien, Iermos ravishda elektron va kovaklarning injeksiya toklari.
Emitter tokining Ier tashkil etuvchisi kollektor orqali oqib o’tmaydi va zararli hisoblanadi (tranzistorning qo’shimcha qizishiga olib keladi). Ier ni kamaytirishmaqsadida bazadagi aktseptor kiritma konsentratsiyasi emitterdagi donor kiritma kontsentratsiyasiga nisbatan ikki darajaga kamaytiriladi.
Emitter tokidagi Ien qismini injektsiya koeffitsienti aniqlaydi.
Bu kattalik emitter ishi samaradorligini xarakterlaydi (=0,990-0,995).
Injeksiyalangan elektronlar kollektor o’tish tomon baza uzunligi bo’ylab elektronlar zichligining kamayishi hisobiga bazaga diffuziyalanadilar va kollektor o’tishga yetgach, kollektorga ekstraktsiyalanadilar (kollektor o’tish elektrmaydoni hisobiga tortib olinadilar) va IKn kollektor toki hosil bo’ladi.
Zichlikning kamayishi konsentratsiya gradienti deb ataladi. Gradient qancha katta bo’lsa, tok ham shuncha katta bo’ladi. Bu vaqtda bazadan injeksiyalanyotgan elektronlarning bir qismi kovaklar bilan bazaga ekstraksiyalanishini ham hisobga olish kerak. Rekombinatsiya jarayoni bazaning elektr neytrallik shartini tiklash uchun talab qilinadigan kovaklarning kamchiligini yuzaga keltiradi. Talab qilinayotgan kovaklar baza zanjiri bo’ylab kelib tranzistor baza toki Ibrek ni yuzaga keltiradi. Ibrek toki kerak emas hisoblanadi va shu sababli uni kamaytirishga harakat qilinadi. Bu holat baza kengligini kamaytirish hisobiga amalga oshiriladi WLn (elektronlarning diffuziya uzunligi). Bazadagi rekombinatsiya uchun emitter elektron tokining yo’qotilishi elektronlarning uzatish koeffitsienti bilan xarakterlanadi:
Real tranzistorlarda =0,980-0,995.
Aktiv rejimda tranzistorning kollektor o’tishi teskari yo’nalishda ulanadi (Ukb kuchlanishmanbai hisobiga amalga oshiriladi) va kollektor zanjirida, asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilardan tashkil topgan ikkita dreyf toklaridan iborat bo’lgan kollektorning xususiy toki Ik0 oqib o’tadi.
Shunday qilib, kollektor toki ikkita tashkil etuvchidan iborat bo’ladi
Agar IKn ni emitterning to’liq toki bilan aloqasini hisobga olsak, u holda
, bu erda - emitter tokining uzatish koeffitsienti. Bu kattalik UB ulanish sxemasidagi tranzistorni kuchaytirish xossalarini namoyon etadi.
Kirxgofning birinchi qonuniga mos ravishda baza toki tranzistorning boshqa toklari bilan quyidagi nisbatda bog’liq:
.
Bu ifodani yuqoridagi formulaga qo’yib, baza tokining emitterning to’liq toki orqali ifodasini olishimizmumkin:
.
Koeffitsient 1 ligini hisobga olgan holda, shunday hulosa qilishmumkin: UB ulanish sxemasi tok bo’yicha kuchayish bermaydi ( ).
Tok bo’yicha yaxshi kuchaytirish natijalarini umumiy emitter sxemasida ulangan tranzistorda olishmumkin (4.3 b-rasm). Bu sxemada emitter umumiy elektrod, baza toki - kirish toki, kollektor toki esa – chiqish toki hisoblanadi.
Yuqoridagi ifodalardan kelib chiqqan holda UE sxemadagi tranzistorning kollektor toki quyidagi ko’rinishga ega bo’ladi:
.
Bundan
.
Agar belgilash kiritilsa, tepadagi ifodani quyidagicha yozish mumkin:
.
Koeffitsient - baza tokining uzatish koeffitsienti deb ataladi. ning qiymati o’ndan yuzgacha, bazi tranzistor turlarida esa bir nechaminglargacha oralig’ida bo’lishimumkin. Demak, UE sxemasida ulangan tranzistor tok bo’yicha yaxshi kuchaytirish xossalariga ega hisoblanadi.
BT larda ikki turdagi elektr teshilishlar kuzatiladi: birlamchi va ikkilamchi. Birlamchi teshilish odatda tranzistor kuchaytirgich rejimida ishlaganda kuzatiladi va kollektor-baza yoki kollektor-emitter kuchlanish ma’lum bo‘sag‘aviy kuchlanishdan ortganda, kollektor (emitter) tokining keskin ortishi bilan belgilanadi. Ikkilamchi teshilish tranzistorning impuls yoki kalit rejimida kuzatiladi va o‘zini kollektor-emitter kuchlanish bir vaqtda keskin pasayganda kollektor toki keskin oshishi bilan namoyon qiladi. Bunday teshilish natijasida tranzistor asosidagi elektron kalit boshqarilmaydigan bo'lib qoladi va uni bu holatdan chiqarib bo‘lmaydi.UE ulangan tranzistorning statik chiqish xarakteristikalarida birlamchi va ikkilamchi teshilish sohalari 4-rasmda ko‘rsatilgan. Birlamchi teshilish sodir bo‘lish mexanizmi va rivojlanishi yetarlicha sodda. U boshlanishining birinchi sababi, teskari siljitilgan KO‘ da zaryad tashuvchilarning ko‘chkili ko ‘payishi bilan bog‘liq. Zaryadlarning ko‘chkili ko‘payishi, kollektorga berilgan teskari kuchlanish qiymati, bo‘sag‘aviy kuchlanishdan katta bo‘lganda boshlanadi.
Teshilishning rivojlanishiga kollektoming xususiy toki bilan emitter toki orasida musbat teskari aloqa mavjudligi yordam beradi. KO‘ da kuchlanish (kollektor zanjiridagi qarshilikda kuchlanish tushishi natijasida) kam ayishiga qaram asdan kollektor toki (chiqish xarakteristikalarda manfiy differensial qarshilikli sohalar) ortib boradi.
4-rasm. Tranzistorning chiqish xarakteristikalarida birlamchi va ikkilamchi teshilish sohalari.
UB ulangan sxemani ko‘rib chiqamiz va boshida emitter kirish uzilgan (IE=0) deb faraz qilamiz. Bu holatda KO‘ izolatsiyalangan bo‘lib qoladi va uning teshilishi, sharoitiga muvofiq, alohida olingan teskari siljitilgan p-n o'tishning teshilishiga o‘xshaydi. p-n o‘tishda zaryad tashuvchilar ko‘payish koeffitsientini M bilan belgilaymiz. Unda ko‘chkili ko‘payish sharoitida K 0 ‘ xususiy toki qiymati quyidagicha bo'ladi:
I*KB0 =M • IK0
bu yerda: IK0 — berilgan UKB kuchlanishda zaryad tashuvchilaming faqat termik generatsiyasi va ekstraksiyasi bilan belgilangan xususiy toki qiymati.
Elektr teshilish IK0 -> ni bildiradi. Demak, elektr teshilishi UKB ning shunday qiymatida yuzaga keladiki, unda M > . Ushbu qiymatni UKB0 deb belgilaymiz. Ko'payish koeffitsienti M ning o‘tishdagi kuchlanishga bog‘liqligi
quyidagi empirik ifoda bilan yetarlicha aniqlikda ifodalanadi:
bu yerda: k — yarim o‘tkazgich kimyoviy tabiatiga va o ‘tish turiga (n-p yoki p-n) bog‘liq holda, 2 dan 6 gacha qiym atlam i qabul qilishi mumkin.
Emitter toki bilan boshqarilganda (IE0), ko‘chkili ko‘payish rejim ida kollektor toki I*K = M * IK = M I E + M -I K0 .
I*K-> shart, xuddi ilgaridek, M> b o ‘lishini talab qiladi, bu esa IE 0 bo ‘lganda birlam chi teshilish qiym ati UKB0 dan kam farq qilishini anglatadi. Bu m utlaqo tushundrli, chunki IE = const bo‘lib, kollektor toki oshganda ushbu tokning o‘zgarishi avtomatik holda to ‘xtatiladi (musbat teskari aloqa so‘ndiriladi). UE ulangan sxema baza toki bilan boshqarilishini ko'rib chiqishga o‘tamiz.
Ko‘chkili ko‘payish rejimida emitter tokini uzatish koeffitsienti *=M bo’lgani uchun, o ‘sha rejim da baza tokini uzatish koeffitsienti
ifoda bilan aniqlanadi
Natijada, ko‘chkili ko‘payish rejimida UE ulangan sxema kollektor toki .
Teshilish , ya’ni M= 1/ bo‘lganda sodir bo‘ladiU E sxem a uchun teshilish kuchlanishini topamiz:
UE ulangan sxema baza toki bilan boshqarilganda birlamchi teshilish kuchlanishi UB ulangan sxemadagi UKB0 teshilish kuchlanishiga nisbatan 23 marta kichik bo‘ladi. Ushbu kuchlanish IB = 0 bo'lganda (baza elektrodi uzilganda) minimal qiymatga ega bo'ladi. Shu sababli UE ulangan sxema, kirish zarjirining uzilishiga, ayniqsa, katta quvvatli tran zisto rlar ishlatilganda, mutlaqo yo‘l qo‘yib bo‘lmaydi. Baza elektrodiga ballast qarshiliklar ulanishi maqsadga muvofiq emas, chunki u kollektor va emitter tok lari orasidagi musbat teskari aloqa koeffitsientini oshiradi va tranzistorning barqaror ishlash sohasi qisqaradi. Demak, barqaror ishlash sohasi kengligiga yuqori talablar qo‘yilgan funksional (impuls va kalit) qurilmalarni ishlab chiqishda baza toki bilan boshqariluvchi UE ulangan sxemalardan foydalanmaslik kerak. Kirish kuchlanishi bilan boshqarilganda yoki em itter zanjirida teskari manfiy aloqani shakllantirish yoki tarkibiy tranzistorlar qo‘llash kerak. Oxirgi holda tarkibiy tranzistorning chiqish tranzistori emitter toki bilan boshqariluvchi rejimga qo'yiladi. Bunda emitter toki qiymati ikkinchi (ishga tushiruvchi) tranzistor orqali beriladi va unda kollektor toki kollektor-baza kuchlanishiga juda sust bog‘liq bo‘ladigan yoki bog‘liq bo‘lmaydigan rejimga qo‘yiladi. Masalan, to‘yinish rejimining boshlang‘ich sohasi (injeksiya — voltaik rejimda) ishlatiladi. Yuqorida keltirilgan ko‘rsatmalardan foydalanishning amaliy natijalari quyida keltirilgan.
5-rasm. Emitter zanjiriga rezistor ulangan tranzistor sxemasi.
6-rasm. Baza potensialining ikki xil qiymatida em itter tokining UKB kuchlanishga bog‘liqligi.
Emitter zanjiriga rezistor ulangan tranzistorlar. Bunday tranzistor sxemasi 5-rasm da va uning kollektor tokining UKB ga bog‘liqlik grafiklari 6-rasmda keltirilgan. Bu yerda nuqtalar bilan tokning tajribada o ‘lchangan qiym atlari belgilangan. Emitter zanjirida rezistor bo‘lm agan holda (punktir chiziqlar),
emitter tokining UKB ga bog‘liqligi solishtirish uchun keltirilgan. Emitter zanjiriga rezistor ulanganda emitter tokining kollektor- baza kuchlanishiga bog‘liqligi amalda to‘liq yo‘qoladi. Tranzistordagi UKB kuchlanish hatto kollektorda sochiladigan quvvatning ruxsat etilgan qiymatlaridan 2 3 marta katta bo‘lganda ham barqaror ishlaydi.
Bazalari umumlashtirilgan tarkibiy tranzistor. Tarkibiy tranzistor sxemasi 5-rasmda, uning UB ulanish sxemadagi kirish kuchlanishi UBE ning turli qiymatlaridagi chiqish xarakteristikalar oilasi esa 6-rasmda ko‘rsatilgan. Ishga tushiruvchi tranzistor VT1 kremniyli, chiqish tranzistori VT2 germaniyli. VT1 tranzistor kollektorining potensiali hamma vaqt bazasi potensialidan VT2 tranzistor UBE dagi to‘g‘ri kuchlanish miqdoricha kichik bo ‘ladi.
Natijada, VT1 tranzistor kuchlanishlarning ixtiyoriy qiymatlarida, to‘yinish rejimining boshlang‘ich sohasida injeksiya - voltaik rejimda bo‘ladi. VT1 tranzistor chiqish tranzistori VT2 emitterini ta’m inlovchi ideal barqaror tok generatori vazifasini o‘taydi. Tranzistorlar juftligi kollektorda sochilayotgan quvvat ruxsat etilgan quvvatning pasport qiymatlaridan 2,7 marta katta bo‘lganda ham kollektor-baza kuchlanishi 16 V ni va kollektor toki 25 mA gacha bo‘lganda ham barqaror holatda ishlaydi.
7- rasm. Tarkibiy bipolyar tranzistor sxemasi.
8-rasm. Kirish kuchlanishi UBE, ning turli qiymatlarida kollektor tokining UKB ga bog‘liqligi.
Adabiyot
Х.К.Aripov, А.М.Abduliayev, N.B.Alimova. Elektronika darslik. Toshkent -2012
“Yarim o`tkazgichlar va dielektriklar fizikasi” fanidan ma’ruzalar matni Toshkent -2016
Kirish
Bipolyar tranzistor ixtiro qilingandan buyon yarim o‘tkazgichlar elektronikasi deb ataluvchi soha tez sur’atlar bilan rivojlana boshladi. Issiqlik ta ’sirida yarim o‘tkazgichdagi valent elektronlarning ma’lum qismi erkin zaryad tashuvchilarni yuzaga keltirishi mumkin. Yarimo'tkazgichlarniing elektr o'tkazuvchanligi yorug'lik oqimi, zarralar oqimi, kiritmalar konsentratsiyasi gradiyenti, elektr m aydon va boshqalar ta ’sirida ham o‘zgarishi m um kin. Yarim o'tkazgichlarning bu xossasidan turli vazifalarni bajaruvchi diodlar, tranzistorlar, termistorlar, fotorezistorlar, varikap va boshqa yarimo'tkazgich asboblar tayyorlashda foydalaniladi.
Tranzistor ishlaganda, uning elektrodlari zanjirlariga o‘zgarmas kuchlanish manbalaridan tashqari, kuchaytirilishi yoki o‘zgartirilishi zarur bo‘lgan signal manbayi ham ulanadi. Signal berilganda tranzistor elektrodlaridan birida kuchlanish (tok) vaqt davomida o‘zgaruvchan bo‘lib, tranzistor dinamik rejim holatida bo‘ladi.Umumiy holda, tok va kuchlanishlarning o‘zgaruvchan tashkil etuvchilari orasidagi bog‘lanish bilan ularning o‘zgarmas tashkil etuvchilari orasidagi bog'lanish bir-biridan farq qiladi
Xulosa
Tranzistorlarda quvvat o ‘zgartirishning ba’zi tomonlari gidrodinamik energiyani o‘zgartirish jarayoniga o'xshab ketadi. Emitter va kollektor sohalami do‘nglik bilan ajratilgan ikkita suv havzasiga o‘xshatish mumkin. Tranzistor tuzilmaning muvozanat holatiga, gidrogeologlar tili bilan aytganda, yuqori va pastki tub sathlari bir xil va do'nglik sathidan pastda yotgan holat to‘g‘ri keladi. EO‘ dagi to‘g‘ri va KO‘ dagi teskari siljishga yuqori tub sathi do‘nglik sathiga nisbatan yuqori ko'tarilgan, tubning pastki sathi esa, aksincha, sezilarli pasaytirilgan holat to‘g‘ri keladi.
Yuqori suv havzadagi suv do‘nglikdan oshib o'tadi va qisman filtratsiya va bug'lanish hisobiga kamayishiga qaramasdan (elektronlaming bazada rekombinatsiya bo'lishi hisobiga kamayishi), ikkinchi suv havzasi chegarasigacha yetib boradi. Bu yerda u pastki tub sathiga nisbatan katta potensial energiya zaxirasiga ega bo'ladi va sharshara sifatida oqib, jamg‘arilgan energiyani ajratish uchun gidroturbina o'rnatishni taqozo qiladi. Tranzistorlarda bunday turbinalar vazifasini kollektor zanjirining yuklama elementlari bajaradi. p-n-p tuzilmali tranzistorlarda barcha jarayonlar yuqoridagilarga o‘xshash bo'ladi, faqat ishchi suyuqlik rolini elektronlar emas, kovaklar bajaradi.
Foydalanilgan adabiyotlar va saytlar:
Bipolyar tranzistorlar
Wikipedia.uz
Fayllar.org
http://fayllar.org
|