Tranzistorning turi - O zbekistan respublikasi raqamli texnologiyalar vazirligi muhammad Al-Xorazmiynomidagi Toshkent...

Tranzistorning turi
|
p-turli
|
n-turli
|
Boshqaruvchi p-n otish
|
|
|
MDP turli transistor kanali induksiyalanadigan
|
|
|
Kanali hosil qilingan
|
|
|
-Tiristorlar tort qatlamli, yani uchta р-n o‘tishli yarim o‘tkazgich asbobdir.
Chetki p-qatlam anod n-qatlam – katod deb ataladi. Ichki р va n-qatlamlar boshqaruvchi elektrodlar yoki ba‘za deyiladi.
3-rasm. Tristorning tuzilishi
Yarim o‘tkazgichli diod (YO’D) ikki elektrodli qurilma bo‘lib, uning ishlashi n-p otishni elektrik xususiyatlarga, yoki metal yarim otkazuvchi kontaktini ishlatilishiga asoslangan. Bu xususiyatlarga quyidagilar kiradi: bir tomonlama otkauvchanlik, volt-amper tavsifini nochiziqligi, volt-amperli tavsifini manfiy qarshilikka ega bolagi mavjudligi, elektrli buzilishda teskar tokni keskin oshib ketishi, n-p otishni sigimi mavjudligi N-p otishni qaysi xususiyatlari ishlatilishiga bogliq xolda yarim otkazuvchi diodlar togirlash, detektrlash, ozgartirish, elektr tebranishlarni generatsiyalash shuningdek ozgarmas tok zanjirlarida kuchlanishni stabillash va ozgsharuvchan reaktiv elementlari sifatida qollash mumkin.
Kop holatlarda YOD simmetrik n-p otishdan farq qilishi shundaki, diodning p-xududiga (nosimmetrik n-p-otish) qaraganda, n-xududi ancha kop miqdorda aralashmalarga ega, yani Nn>>Np. Bunday holatda p-xududi diod bazasi deb nomlanadi. Bunday otishga teskari kuchlanish berilganda toyinish toki bazan n-xududiga faqat teshiklar oqimidan iborat boladi va simmetrik otish uchun qaraganda kam miqdorga ega boladi. Togri kuchlanish berilganda togri tok xam n-xududidan bazaga toliq teshiklar oqimidan iborat boladi va endi uncha katta bolmagan togri kuchlanishlarda eksponensial shaklida oshib boradi (n-p otishni volt-amper tavsifini tenglamasi quyidagi korinishga ega boladi:
Diod tayyorlanadigan kerakli materialni tanlash, n-p otishni tayyorlash texnologiyasi va diodni konstruksiyasi yordamida bu talablar qondirilishi mumkin.
Shularga qarab YODlar qator asosiy tipik guruhlarga bolinadi:
a) vazifalarni bajarish boyicha (togrilovchilar, detektorlaydiganlar, varikaplar va boshqa);
b) chastotali xususiyatlari boyicha (past va yuqori chastotali, SVCH-ota yuqori chastotali);
v) tuzilishi boyicha (yassi, nuqtaviy);
g) birlamchi material boyicha (germaniyli, kremniyli, arsenid-galliyi va x.k).
Bundan tashqari, elektrik parametrlarga qarab bir guruh ichida YODlar bolinishlari mumkin.
Har bir tipik guruhni tariflaydigan oziga xos parametrlaridan tashqari ularning maxsus belgilanishiga bogliq bolmagan barcha YODlar uchun umumiy parametrlari mavjud. Ularga quyidagilar kiradi: ishlash harorat oraligi, ruxsat beriladigan teskari kuchlanish, ruxsat beriladigan togrilangan tok, ruxsat beriladigan sochish quvvati.
Harorat oshgan sari otkazuvchini ozining elektr-otkazuvchanligi oshib boradi, toyinish toki va n-p otishning buzilish ehtimoli oshadi.
Yarim otkazgichning taqiqlangan zonasi qanchalik keng bolsa, otishni yo‘l qo‘yiladigan maksimal harorati shunchalik katta bo‘ladi. Masalan, germaniy diodlari uchun atrof muhitni ruxsat etilgan harorati (-60...+70)0C chegaradada, kremniy diodlari uchun esa (-60...+125)0С chegarasidadir. Harorat pasaygan sari to‘gri va teskari qarshiligi oshib boradi, shuningdek kristallning mortligi oshish tufayli mexanik shikastlanish ehtimoli paydo boladi.
Ruxsat etiladigan teskari kuchlanish Utes.p. odatda ruxsat etiladigan teskari kuchlanishdir.
U =0.8 miqdori qabul qilinadi. Bu yerda U n-p otishni buzadigan kuchlanish. U miqdori yarim otkazuvchini harorati va solishtirma qarshiligiga bogliq. Buning tushuntirilishi shundaki n-p otish maydonining kuchlanganligi, demak, buzulish kuchlanishi ham otish eniga bogliq, u oz navbatida aralashmalarning konsentratsiyasiga bogliq, yani yarim otkazgichni solishtirma qarshiligiga. N-p otish qanchalik keng bolsa, yarim otkazgichni solishtirma qarshiligi shunchalik katta boladi va dastlabki materialni solishtirma qarshiligi qanchalik katta bolsa U ham katta boladi.
Agar katta togrilangan kuchlanishni olish kerak bolsa, bunda ruxsat etilganga qaraganda kattaroq teskari kuchlanish diodga berilgan boladi, buning uchun diodlarni ketma-ket ulanishi qollaniladi. Diodlarni teskari qarshilik miqdorlari bir xil bolmaganligi uchun, bunda ketma-ket ulanganda teskari kuchlanishlari diodlar orasida notekis taqsimlanadi va kattaroq teskari qarshilikka bolgan diod buzilishi mumkin. Bunday bolmasligi uchun har bir ketma-ket ulangan diodni shunday miqdordagi qarshilik bilan shuntlantiriladiki, diodlardagi taqismlangan kuchlanish shu qarshiliklar bilan aniqlangan bolishi kerak.
Tok otganda otish harorati oshishi sababli, bunda ruxsat etilgan tok miqdori ruxsat etilgan otish harorati bilan cheklanadi. Togrilangan tokni ruxsat etilgan miqdoridan kattarogini olish uchun, birnechta diodlarni paralel ulash mumkin.
Diodlar har xil togri qarshilikka ega bolganlari uchun bunda toklar bir tekisda taqsimlanadilar va shunda bolishi mumkin-ki, eng kam qarshilikka ega bolgan diod orqali yuradigan tok, ruxsat etilgan miqdoridan oshib ketishi mumkin. Shunday bolmasligi uchun diodlarni har biri bilan ketma-ket qarshilik ulanadi.
Eng yuqori ruxsat etiladigan sochish quvvati Rr.e diodning konstruksiyasiga ham, atrof muhitni haroratiga ham bogliq, yani sovutish sharoitiga bogliq.
Shemalardagi ishchi rejimlarini tanlanganda IU Rr.e bolishi kerak.
Bu yerda I diod orqali otadigan tok,
U diodgа ulangan kuchlanish.
To‘g‘rilovchi diodlar (kuchli diodlar, ventillar) to‘g‘rilolvchi YO’Dlar past chastotali (50 kGts gacha) o‘zgaruvchan tokni bir yo‘nalishdagi tokka (o‘zgaruvchi tokni to‘g‘rilash) o‘zgartirish uchun qo‘llaniladi. Odatda kichik va o‘rta quvvatli togirlovchi YODni ishchi chastotalari 20 kGts dan, katta quvvatli diodlarni esa 50 Gts dan oshmaydi.
N-p otishni togrilash maqsadlari uchun ishlatish imkoniyatlari tokni bir tomonlama otkazish uning xususiyatlari bilan shartlangan (toyinish toki juda kam). Togilovchi diodlarning tavsif va parametrlarga quyidagi talablar qoyiladi:
a) juda kichik bolgan teskari tok;
b) katta bolgan teskari kuchlanish;
v) katta bolgan togi tok;
g) togri tok oqqanda kuchlanishni ham kamayishi.
Bu talablarni taminlash uchun togilovchi diodlar yarim otkazuvchi materiallarning taqiqlangan zonani katta kengliklaridan tayyorlanadi, bu esa teskari tokni kamaytiradi va katta solishtirma qarshiliklardan, bu esa ruxsat etilgan teksari kuchlanishni oshiradi. Togri yonalishda katta toklarni va kuchlanishni kam tushushini olish uchun n-p otish maydonini oshirish va baza qalingiligini oshirish kerak.
Togrilovchi diodlar katta solishtirma qarshilikka ega bolgan germaniy (Ge) va kremniy (Si) dan tayyorlanadi, bunda Si eng istiqbolli materialdir. Si taqiqlangan sohasi katta bolgani uchun, kremniy diodlari ancha marotaba kam teskari toklarga ega, ammo togri kuchlanishni kamayishi kattaroq, yani teng quvvatda yuklanishga beradigan kremniy diodlarni energiya yoqotishi koproq boladi. Kremniy diodlar katta teskari kuchlanishlarga va togri yonalishda katta tok zichligiga ega.
6-rasm
Kremniy diodning volt-amper tavsifi xaroratga bog‘liqligi 6-rasmda ko‘rsatilgan bo‘lib, undan kelib chiqadiki, volt-amperli tavsiflari- ning to‘g‘ri chiziqli yo‘nalishi harorat ozgargan sari uncha kop ozgarmaydi, chunki namuna atomlari xona haroratida ionlashib bolgan.
Zaryad tashuvchilarnig asosiy bolmagan soni harorat bilan aniqlanadi va shuning uchun volt-amperli tavsifining teskari chizigini yoli haroratga bogliq, shu bilan birga bu boglama germaniy diodlari uchun yaqqol ifodalangan. Buzulishni kuchlanish miqdori ham haroratga bogliq. Bu boglama n-p otishning buzulishiga qarab aniqlanadi. Zarbadan ionlanish hisobiga elektr buzulishida harorat oshgan sari U3 oshib boradi. Buni shunday tushuntirsa boladi: harorat oshgan sari panjaraning issiqlik tebranishlari oshib boradi, zaryad tashuvchilarning erkin chopish uzunligi kamayadi va zaryad tashuvchi valentli boglamlarni ionzatsiyalashda yetarli energiyani olishi uchun maydon kuchlanganligini oshirish kerak, yani n-p otishga berilgan teskari kuchlanishni oshirish kerak. Issiqlik hisobiga uzulganda harorat oshgan sari U3 kamayadi.
Haroratni malum bir oraligida germaniy diodlari uchun buzilish kopincha issiqlikdan bo‘ladi (Ge ta’qiqlangan zonasini eni uncha katta emas), kremniy diodlari uchun esa – elektrdan bo‘ladi. Bu U3 miqdorini belgilangan xaroratda aniqlaydi. Xona haroratida germaniy diodlari uchun U3 400в dan oshmaydi, kremniy diodlari uchun esa – 1500 v.
Togrilovchi diodlarga oxshab, yuqori chastotali YOD larda ham n-p otishning nosimmetrik otkazuvchanligi ishlatiladi. Ular togrilovchi diodlarga qaraganda ancha yuqori chastotalarda ishlaydi (yuzlab Mgs gacha), universal va impulslilarga bolinadi. Universal yuqori chastotali diodlar tokning bir yonalishdagi yuqori chastotali tebranishlarni olish uchun modulyatsiyalashgan yuqori chastotali tebranishlarni amplitudasi boyicha chastotali modulyatsiya tebranishlarni (detektorlash) chastotasini ozgartirish uchun qollaniladi. Impulsli diodlar impulsli shemalarda almashib ulagich elementi sifatida ishlatiladi.
YOD yuqori chastotada ishlaganda diodning inersiyaligiga sababchi bolib, otish sigimi katta rol oynaydi. Agar diod togrilovchi shemaga ulansa, bunda sigimni tasiri togrilash jarayonini yomonlashuviga olib keladi.
Bundan tashqari, n-p otishga keltirilgan tashqi kuchlanishni bir qismi diodning baza qarshiligida qolishi tufayli, togrilash samaradorligi pasayadi. Shundan kelib chiqadiki, yuqori chastotada ishlaydigan YODni n-p otishlari kichik sigimli va bazaning kichik qarshiligiga ega bolishi kerak.
Sigimni kamaytirish uchun otish maydonini kamaytirishadi, bazanig qarshiligini kamaytirish uchun bazaning qalinligini kamaytirishadi. Yuqori chastotali diodni inersion hususiyatlarini kamaytirish talabi va shu sababli otish maydonini kamaytirish, bir xil asosiy bolmagan zaryad tashuvchilarning xayot vaqti va baza qalinligi ota muhim bolishi mumkin, shundanki, agar diod impuls shemada qayta ulagich sifatida ishlasa. Qayta ulagich ikki xolatga ega: ochiq va yopiq. Ideal holatda qayta ulagich ochiq bolganida qarshiligi nolga teng, qarshiligi cheksiz katta bolishi yopiq bolganida va bir onda bir holatdan ikkinchi holatga otishi lozim. Amalda yuqori chastotali diodni yopiq holatidan ochiq holatiga va teskarisi qayta ulashlarda turgun (statsionar) holat bir muncha vaqtdan keyin ornatiladi, uni qayta ulash vaqti deb ataladi va diodning inersion xususiyatlarini tariflaydi. Tez qayta ulaganda inersion xususiyatlari bolishi qayta ulanadigan impulslar shaklini buzulishiga olib keladi. Impulsli diodlarni tayyorlashda dastlabki yarim otkazgichga rekombinatsiyani (Au, Cu, Ni) unumli markazi bolgan elementlar kiritiladi, bu esa ogirligi bir xil bolmagan zaryad tashuvchilarni hayot vaqtini kamaytiradi. P-xududini (bazasini) qalinligi Np teshiklarni chopish diffuzion uzunligi miqdoriga qaraganda kam miqdorigacha kamayadi. Bu bir vaqtda ogirligi bir xil bolmagan tashuvchilar hayot vaqtini va baza qarshiligini kamaytiradi. Yuqori chastotali diodlar konstruksiyasi boyicha nuqtaviy konstruksiya korinishida yoki juda kichik maydonli otish yupqa konstruksiyada bajariladi.
Tunel diodlar kop miqdorda aralashmali yarim otkazgichlardan tayyorlanadi (yaratilgan yarim otkazgichlar). Yaratilgan yarim otkaz- gichlar asosida bajarilgan n-p otishni voltam- perli tavsifi manfiy qarshilikli xududga ega bolib, bunda kuchlanish kopayganda oqib otadigan tok kamayadi. Manfiy qarshilikka ega bolgan element, elektr energiyani talab qilmaydi, uni zanjirga beradi, yani zanjirning faol elementi hisoblanadi.
Volt-amperli tavsifining tushib ketuvchi qismi bolgani uchun tunel diodlarni generatorlar va keng diapazon chastotali shu jumladan SVCH (ota yuqori chastotali), elektr tebranishlarni kuchaytirgichlari sifatida va yuqori tezikli qayta ulashlar sifatida ishlatishga imkon yaratadi.
Tunel diodlar yaratilgan yarim otkazgichlardan, asosan, germaniy, kremniy va arsenad gal- liydan tayyorlanadi. Potensial tosiq orasidan tashuvchilarni tunel otishi uchun n-p otish tor va keskin bolgani sababli, tunel diodlarning n-p otishlari eritib quyish usuli bilan tayyorlanadi. Bundan tashqari, yaratilgan qatlamlarni epitaksial qoshib borish usuli qollaniladi, bu shuningdek keskin otishlarni olishga yordam beradi. Sigimni kamaytirish uchun (demak, manfiy qarshilik bilan faol element sifatida ishlashi mumkin bolgan tunel diodni yuqori chegaraviy chastotasini oshirish uchun) p-n otishlarni kichik maydonini olish usuli qo‘llaniladi.
7-rasm.
7-rasmda tunel diodning volt-amperli tavsifi ko‘rsatilgan. Unig shakli aralashmalar konsentratsiyasiga, konsentratsiya miqdori bir xil bo‘lganda aralashmalar turiga va haroratiga bogliq, shu bilan birga haroratga bogliqligi turli materiallardan tayyorlangan tunel diodlar uchun har xil boladi.
Tunel diodni volt-amperli tavsifini ifodalovchi asosiy parametri bolib pastga tashuvchi qismini qiyaligini korsatadigan manfiy differensial qarshilik hisoblanadi:
Otishni potensial tosigidan elektronlarni tunel otishi diffuziyasi sekin otadigan jarayoni bilan bogliq bolmagani sababli, bunda tunel tokni uzatish tezligi yuqori (kuchli legirlangan germaniy uchun, taxminan 10-13с) va tashuvchilarni kam xarakatlanuvchilik hisobiga tunel diodlarda inersiyalik bo‘lmaydi. Shuning uchun tunel diodlarni chastotaviy xususiyatlari tokni uzatish tezligi bilan aniqlanmasdan, balki faqat kostruksiyaga bogliq bolgan omillar bilan: n-p otish sigimi S bilan, yarim otkazgichni hajmiy qarshiligi va ulanadigan uchlari bogliq bolgan yoqotish qarshiliklari bilan va diodning induktivlik Ld yigindisi bilan aniqlanadi. Tunel diodni chastotaviy xususiyatlari maksimal chastotasi Fmax bilan tariflanadi.
Fmax dan yuqori chastotalarda tunel diodni manfiy qarshilik sifatida ishlatib bolmaydi, yani bu chastotalarda elektr tebranishlarni kuchaytirish va generatsiyalash mumkin emas. Bundan tashqari, yuqori chastotalarda tunel diodni sifati Imax/c nisbati bilan baholanadi va bazan uni asllik omili deb atashadi. Tunel diodni almashib ulagichli shemalarda ishlaganida uning tez harakatlanuvchiligi qayta ulash vaqtini miqdori bilan belgilanadi va u diod xususiyatlari va shenaning parametrlariga bogliq.
|