Транзисторлар

      МДЖ – транзистордың екінші түрінің құрылысы 1.5, ә –суретте көрсетілген. Транзистордың бұл түрінде әдейі жасалған өткізгіш канал жоқ, содықтан тразистор тек байытылу режимінде ғана жұмыс істейді. Өткізгіш канал бұл тразисторда жаппаға кернеу берілген кезде (оң потенцаилмен бастауға қарағанда), электрондардың электр өрісінің күшімен жаппаның астына тартып жиналуына байланысты пайда болады, мұны электр өрісінің нәтижесінже индукцияланған канал деп атайды. Бұл канал бастау мен құма облыстарын бірі мен бірі қосып, екі ортада тоқ пайда болады. кернеудің шамасы өскен сайын тоқ та өсе түседі. Әдейі арнап жасалған n-тектес  каналы бар МДЖ транзистордың құймалық (шығыс) сипаттамалары 1.6. а – суретінде көрсетілген. Егер болса, транзистор арқылы каналдың өзінің өткізгіштігіне байланысты тоқ жүреді. Графиктің 0-ге таяу бас жағында каналға түсетін кернеудің шамасы аз болғандықтан тоғының кернеуіне тәуелділігі түсетін кернеудің шамасы өскендіктен, қаналдың өткізгіштігіне оның енінің жіңішкеруінің әсері тиіп (1.5, ә-суретінің үзік сызық) тоқтың а-б бөлігіндегі тікелей өсуі баяулайды. Б-нүктесінен кейін тоқ өткізгіш каналдың ені мүмкіндігінше ең аз мәніне жетіп тоқтың өсуін тоқтатады да  сипаттаманың екінші жазық бөлігі пайда болады.

   

1.6-сурет. Әдейі арнап жасалған n тектес каналы бар МДЖ-тразистордың құймалық (а) және құймалы жаппалық (ә) сипаттамалары

      

Енді  жаппа – бастау кернеуінің құймалық сипаттамаға әсерін қарап өтейік.

      Егер жаппаға кернеуі берілсе онда жаппаның электр өрісі каналдағы электрондарды кері итереді де, олардың каналдағы концентрациясын азайтып, каналдың өткізгіштігін кемітеді. Сондықтан да құймалық сипаттамалар болғанда болғандағы тәуелділік сызықтан төмен жатыр. Бұл өзіміз білетін каналдың кедейлену күйі.

 

1.7-сурет. Индукцияланған каналы барМДЖ –транзистордың құймалық және құймалы-жаппалық сипаттамалары

      

Егер де жаппаға  кернеуі берілсе, каналдың электр өрісі электрондарды жартылай өткізгіш р-тектес пластинкадан каналға оларды тартып жинайды. Каналдағы заряд тасмалдаушылардың концентрациясы өсіп, каналдың өткізгіштігі де өседі,  тоқ ұлғаяды. болғанда құймалық сипаттамалар болған сипаттамалардан жоғары жатады. Әдейі арнап жасалған  n-тектес каналы бар МДЖ – транзисторлардың құймалы-жаппалық сипаттамалары. 1.6, ә-суретінде көрсетілген. Бұл сипаттамадан транзистордың көрсеткіші – сипаттамасының тіктігін S-ті табуға болады.

      Индукцияланған n-тектес каналы бар МДЖ транзистордың құймалық (шығыс) сипаттамасы 1.7, а –суретте көрсетілген. Бұл сипаттамалар түрі жағынан айтылып өткен әдейі арнап жасалған  n-тектес каналы бар МДЖ тразистордың тоғының полярлығы жағынан – кернеуінің полярлығымен бірдей - кернеуімен басқарылуы. Мұндай тразистордың құймалы-жаппалық сипаттамасы 1.7,ә-суретте берілген.

1.8-сурет. МДЖ-транзистордың шартты белгілері, әдейі арнап жасалған n-тектес каналы бар (а), р-тектес каналы бар (ә) және индукцияланған n-тектес каналы бар (б)  р-тектес каналы бар (в)

      МДЖ-транзистордың схемадағы шартты белгілірі 1.8 – суретте берілген.

     Өрістік тразистордың балама схемасы 1.9-суретте көрсетілген.

1.9-сурет. Өрістік тразистордың  балама схемасы

   

      Тразистордың шығыс тізбегі, яғни тоқ өткізетін арна, тоқ генераторы S-мен бейнеленген, ол тразистордың күшейткіштік қабілітін сипаттайды. -құйманың дифференциалдық кедергісі, -жаппа мен құйма арасындағы сыйымдылық, -құйма мен бастау арасындағы шығыстық сыйымдылық. Бұлардың шамалары кішкентай 1 пФ. Жаппа мен бастау  арасындағы тұрақты тоқ бойынша кедергі p-n- өткелінің кері кедергісімен немесе жппа мен өткізгіш арна арасындағы диэлектрик қабаты кедергісімен анықталады. p-n-өткелі бар өрістік транзисторлар үшін Ом, ал оқшауланған жаппасы бар өрістік транзисторлар үшін - Ом.

 

 

4.Тиристорлар

 

Вольт-амперлік сипаттамасында теріс мәнді дифференциалдық кедергісі болатын облысы бар, p-n-p-n немесе n-p-n-p құрылымды 4-қабатты жартылай өткізгіш аспаптарды тиристорлар деп атайды.

Тиристорлар  қуаты бойынша  мына түрлерге бөлінеді:

• кіші қуатты, бұларда жұмыс кернеуі =10÷100В, жұмыс тоғы І=10мА-ден бірнеше амперге дейін. Мұндай транзисторлар релелік жүйелерде, коммутациялық қондырғыларда қолданылады;
• өте қуатты тиристорлар, бұларда =1000В, =150÷350А. Мұндай тиристорлар түлендіру қондырғыларда қолданылады.

Тиристордың жалпылай құрылымы мен тізбекке қосылуы 2.1-суретте көрсетілген.

Басқару тәсілі мен электрондар  санына байланысты да тиристорлар бірнеше  түрге бөлінеді. Екі электроды  бар тиристор динистор деп аталады. Сол жақтағы шеткі р-облысына қосылған электрод анод деп, ал оң жақтағы  шеткі n-облысына қосылған электрод катод деп аталады. Тағы да басқарушы үшінші электроды бар тиристор тринистор деп аталады.

Тиристордың жалпы вольт-амперлік сипаттамасы 2.2-суретте берілген.

 

 

 

2.1-сурет. Тиристордың  құрылымы: А-анод, К-катод, Б-басқарушы  электрод, Ө1, Ө2, Ө3 - p-n өткелдері, -жүктеме кедергі, -анодтық кернеуі, -басқарушы электродқа берілген кернеу, -өзгермелі кедергі.

Бұл сипаттамалардағы басқарушы  тоқ =0-ге тең болғандағы қисық динистордың сипаттамасына жатады, ал осы қисық пен басқарушы тоқ 0-ге тең емес қисықтар бәрі бірге тинистордың тоқты түзеткіш қабілеті бола тұрып, оның жай диоттардан айырмашылығы: оған тікелей кернеу қосылғанның өзінде де тиристор жабық күйінде болып, тоқты өткізбеуі мүмкін (2.2-суреттегі 1-бөлік) немесе ашық күйінде болып тоқты өткізеді (2.2-суреттегі 3-бөлік). Тиристордың вольт-амперлік сипаттамасының кері бұтағы диодтардікіндей.

 

2.2-сурет. Тиристордың  вольт-амперлік сипаттамасы

Тиристордың жұмыс істеу  принціпін түсіндіру үшін оны  екі n-p-n және p-n-p тразисторларынан құралған деп есептейік (2.3-сурет). Бірінші тразистор: -облысы – эмиттер, -база, -коллектор. Екінші транзистор: -обылысы эмиттер, -база, -коллектор. -өткелі бірінші транзисторға да екінші транзиситорға да коллекторлық  өткел болып табылады. Базалардың әрқайсысы басқа тразисторға коллектор болады.

Басқарушы тоқ  0-ге тең болғандағы жағдайды қарастырайық. кернеуі оң таңбасымен облысына қосылып, теріс таңбасымен облысына қосылады, сондықтан да және өткелдері кернеуге тікелей қосылып, өткелі кері қосылады. Бұл жағдайда барлық кернеу өткеліне қосылған деп есептеуге болады.

2.3-сурет. Тиристорды екі транзистормен бейнелеу.

 өткелі арқылы  кемтіктер тоғы  жүріп жатады да, оның бөлігі коллекторлық өткеліне жетеді, ал (1- ). -базасының рекомбинациялық тоғын құрады. дегеніміз-эмиттерден -коллекторға тоқ жеткізу коэффиценті. эмиттерлік өткелі арқылы электрондар тоғы жүреді, оның   бөлігі коллекторлық өткелге жетеді, ал (1- )× – базасының рекомбинациялық тоғын құрады. Мұнда: - дегеніміз эмиттерден коллекторға тоқты жеткізу коэффиценті базасының электірлік нейтралдық шарты бойынша (бұл шарт базасының қандай болмасын нүктесінде оң және теріс зарядтар саны бірдей және олардың мөлшері бірдей жылдамдықпен өзгеріп отырады дейді)

1. )-=+

мұнда:  - Ө2-коллекторлық өткелдің кері тоғының кемтіктер құрайтын бөлігі, ал - сол тоқтыңэлектрондар құрайтын бөлігі. Коллектордың кері тоғы =+ болғандықтан

1. )=+ 

осыған сәйкес  базасы үшін

1. )=+ 

Электр тоғының үздіксіз заңы бойынша тиристордың қандай да болмасын қимасындағы қорытындылық тоқ сыртқы тізбектегі тоқпен бірдей болуға тиіс

==

мұнда:  - тиристордың сыртқы анодтық тоғы

1. )=+  және  (1-=+  теңдеулерден  == еске ала

отырып табатынымыз:

 =

 тоғы берілген  кернеумен тікелей байланыста  болатын болғандықтан бұл теңдеу  тиристордың вольт-амперлік сипаттамасының  теңдеуі болып табылады. Осы теңдеу  бойынша вольт-амперлік сипаттаманы  зерттеп шығайық. 

1-бөлік. Кернеу  кішкене болған кезде және өткелдерінің  потенциалдық тосқауылдары өте үлкен, ал өткелінің кедергісі үлкен. Сондықтан да тоқтар және бастапқы өте кішкентай – бірнеше микроампер, сонымен қатар , коэффиценттері  де кішкентай Сонымен = теңдеуден = -.

Кернеу  мәніне дейін өскен кезде коллектордың өткелінде соққы ионизациясы нәтижесінде заряд тасмалдаушылардың санының көбею процесі жүреді, яғни және тоқтары ұлғаяды.

2-бөлікке көшкен кезде  тристордың дифференциалдық кедергісі  өсіп, теріс мәнді болады. Мұнда  коллекторлық өткелдегі  заряд  тасмалдаушылардың көкіндік көбеюі  тоқтайды, себебі  коллекторлық өткелдегі потенциалдық барьер жоғалып, өткелінің кедергісі кемиді де, ондағы кері кернеу де кішірейіп, сондықтан да барлық өткелдердегі кернеулер кеміп тоғы азаяды. Бірақ та мен өскендіктен тоғы жайлап өсе бастайды.  өткелдегі кернеу 0-ге дейін төмендегенде тоғы тіпті кішірейеді, бірақта =

теңдеуден

+@1

болады. Бұл шарттың орындалу кезі 2 – бөліктен 3- бөлікке өтетін иілу нүктесімен  (б) сәйкес, осы нүктеден кейін анодтың тоғы тоқтаусыз өсе бастайды. Бірақ та анодтың тоғы жүктеме кедергі - мен шектелгендіктен белгілі бір мәнінен асып кете алмайды да, екі транзистор да қанығу режиміне жетіп, базалардағы негізгі емес заряд тасмалдаушылардың концентрациясы көбейеді. өткелінің шекарасындағы негізгі емес заряд тасмалдаушылардың концентрациясы тапе-теңдік кезіндегі концентрациясынан асып, өткелі де тікелей кернеу қосылғандығын көрсетеді. Тиристордың бұл жағдайы ашық күйі деп аталады. (3-бөлік). Егер де тиристордың басқарушы электрод тізбегі арқылы тоқ жіберсек, онда былай жазуға болады:

=

Тиристордың басқарушытоғы  өскен сайын қосылу кернеуі  азаяды.

Тиристордың мынандай көрсеткіштері  бар:

• Қосылу кернеуі ;
• Қосылу тоғы ;
• Жабық тиристордың тұрақты және айналмалы тоқтар бойынша кедергісі;
• Ажырату тоғы ;
• Қалдыұтыұ кернеу , бұл тиристор арқылы ең үлкен шектік тоқ жүргендегі кернеу;
• Қосылу уақыты , яғни U> болып, тиристор ашық күйге өткен уақыт; ажырату уақыты, яғни І< болып, тиристор жабық куйге өткен уақыт.

2.4-сурет.  Тиристордың  шартты белгілері мен маркалары:  а) динистор, ә) тринистор, 1-басқарушы  электрод р - облысына қосылған, 2- басқарушы электрод  - облысына қосылған

 

Симметриялы тиристорлар (симисторлар)

Симметриялы диодтық тиристор (диак деп аталады) – бұл тікелей  де, кері бағытта ажырап- қосыла алатын тиристорлар.

Симметриялы триодты тиристор (триак деп аталады) – бұл оның басқарушы электродына сигнал берілгенде тікелей де, кері бағытта да ажырап-қосыла алатын тиристор.

Диактың құрылымы 2.5,а-суретте  көрсетілген.

2.5-сурет. Диактың құрылымы  мен вольт-амперлік сипаттамасы.

 

  Диак төрт p-n өткелі бар бес облыстан тұрады. Шеткі өткелдері p-текті электр өткізгіштігі бар жапсарлас облыстардың көлемдік кедергілермен тұйықталған. Егер осындай тиристордың - облысына + таңбамен, ал - облысына – таңбамен кернеу берсек, онда бірінші p-n өткел кері бағытта ығысады, ал ол арқылы өтетін барлық тоқ р- облысының тұйықтаушы кедергісі арқылы өтеді. Төртінші p-n өткелі тікелей бағытта ығысады да, ол арқылы электрондарының инжекциясы жүреді.

Сыртқы кернеудің берілген полярлығында тиристордың жұмыс  бөлігі p-n- p-n құрылымы болып табылады, оның ішінде, оны жабық күйден ашық күйге және керісінше ажыратып қосып тұратын, кәдімгі динисторда болатын сондай үрдістер жүреді. Сыртқы кернеудің полярлығы өзгергенде  төртінші p-n өткелі кері бағытта ауысқан болады, сондықтан оынң үлкен кедергісі бар болғандықтан, ол р-облысының салыстырмалы кішкене кедергісімен тұйықталып тұрады. Сөйтіп, сыртқы кернеудің осындай полярлығында тиристордың жұмыстық бөлігінің жабық күйден ашық күйге және керісінше, ажырап-қосыла  алатын n- p- n- p құрылымы бар. Сонымен, симметриялы диодтық тиристордың қарама – қарсы қосылған және берілген кернеудің әр түрлі полярлығында бірін бірі қысқа тұйықтайтын екі динистор ретінде көз алдымызға келтіруге болады.

Симметриялы триодтық тиристорлар  басқарушы электродының белгілі  бағыттағы тоғының шамасында  немесе осы электрод тоғының қандай да болмасын бағытында жабық күйден ашық күйге ажырап-қосылу қабіліті барқұрлымынан тұрады. Соңғы жағдайда негізгі электродтар ғана оларғажаппарлас шеткі p-n өткелдерін тұйықтауды қамтамасыз етіп қоймай, басқарушы электродының р-облысымен қатар,  n- облысымен де қосымша омдық өткелі болуы тиіс. Осы жағдайда басқарушы электродқа оның жанында орналасқан негізгі электродқа қарағанда таңбасы бойынша әр түрлі потенциалдар беру не р-облысы потенциалын өзгертеді, не қосымша n- облысынан электрондардың инжексиясын қамтамасыз етеді.

Тиристордың қолданылуы

Тиристорларды өнеркәсіпте  электр қуатын реттейтін элементтер ретінде қолданылады. Егер мысалы, тиристорды жүктемемен тізбектеп қосып (2.7-сурет),  тиристордың қосылу сәтін айнымалы тоқ сигналдарымен басқарсақ, онда жүктеме арқылы тоғының импульстарын өте бастайды, оның әрекеттік мәні қосылу сәтіне тәуелді болады.

2.6-сурет. Триактың құрылымы (а) мен шартты белісі (ә). Мұнда  А,В-негізгі электродтар, Б- басқарушы  электрод