ЖАРТЫЛАЙ ӨТКІЗГІШТІК ДИОД

ЖАРТЫЛАЙ ӨТКІЗГІШТІК ДИОД

10.04.2014 nurddl

0 Comment

Қатты дене физикасы

Егер р-n ауысуы бар кристалға сыртқы кернеу түсірсе не болатынын қарастырайық. 23 – суретте а) кернеу жоқ кездегі АБ ауысу аймағы бар осындай кристалл бейнеленген. Бұл жағдайда, АБ ауысу аймағындағы өріс жасаған, n – аймақтағы кемтіктердің диффузиялық ағыны, р – аймақтағы кемтіктердің қарсы ағынына тең. Бұл айтылғандар қарсы ағатын электрондарға да қатысты, сондықтан кристалда ток болмайды.

Кристалға р – аймағындағы потенциалы n – аймағындағы потенциалға қарағанда жоғары сыртқы кернеу берейік (23-сур.,б). АБ қабатының кедергісі үлкен болуы салдарынан, 1 В-тан аспайтын бұл барлық кернеу, тікелей осы қабатқа түседі, ал кристалдың басқа бөліктерінде сыртқы кернеудің болуы әсер етпейді. Бұл кезде АБ аймағында өріс, сыртқы өріс ішкі өріске қарсы бағытталғандықтан, әлсірейді, ал аймақтың өзі жіңішкереді.

Бұл р-n ауысу арқылы кемтіктер мен электрондардың қарсы ағындарының арасындағы жылжымалы тепе-теңдікті бұзады. АБ аймағындағы өрістің әлсіреуінен солдан оңға қарай кемтіктердің және оңнан солға қарай электрондардың диффузиялық ағындары артады, сол кезде жылжымалы тасымалдаушылардың қарама-қарсы ағындары өзгермей қалады. Демек, кристалл арқылы р – аймақтан n – аймақ бағытында ток жүреді. Бұл кездегі кристалдағы токты және түсірілген кернеуді тура деп атайды.

Айта кету керек, тура ток кемтіктер тогы мен электрондар тогының қосындысынан тұратындықтан, бұл қосылатын токтардың тепе-теңдігі тіптен

23 – сур.

міндетті емес. Ауысу арқылы өтетін, кемтіктер жасаған ток, электрондар жасаған токтан ондаған және жүздеген есе үлкен болуы мүмкін, және де керісінше. Егер n – аймақта n-типті қоспаның концентрациясы үлкен болмаса (яғни жартылай өткізгіш айқын n-типті), ал р – аймақта р-қоспаның концентрациясы үлкен болса, онда токтың кемтіктік бөлігі, оның электрондық бөлігінен әлде қайда үлкен болады.

Егер ауысудағы сыртқы кернеуді біртіндеп арттырта берсе, онда оның шамасы түйісу потенциалдар айырымына жақындаған сайын кристалл арқылы өтетін түзу токтың өсуі жылдамдай бастайды. Мысалы, германий кристалының р-n ауысуындағы кернеу 0,5 В болғанда тура токтың тығыздығы 104 А/м2 шамасындай болады.

Енді р-n ауысуға кері полярлы сыртқы кернеу түсірілген жағдайды қарастырайық: n – аймаққа оң потенциал берілген (23-сур.,в). Бұл жағдайда р-n ауысуындағы АБ аймвқ кеңейеді, ал АО аймақтағы теріс заряд және БО аймақтағы оң заряд артады, яғни р-n ауысуында өріс күшейеді.

Демек, кемтіктер мен электрондардың диффузиялық ағындары кемиді, себебі р-n ауысуының тежеуші әсерін жеңу үшін енді үлкен энергия керек болады және мұндай энергиясы бар кемтіктер мен электрондар аздап қана кездеседі. Электрондар мен кемтіктердің қарсы ағындары бұл кезде өзгермей қалады және олар диффузиялық ағындардан басым бола бастайды. Сондықтан,

n – аймақтан р – аймаққа бағытталған қорытқы ток пайда болады.

Қарастырылып отырған жағдайдағы р-n ауысуға түсірілген кернеу және ол арқылы өтетін ток кері деп аталынады. Бірақ n – аймақтағы кемтіктер және р – аймақтағы электрондар өте аз, өйткені көрсетілген аймақтар үшін бұл зарядтарды негізгі емес тасымалдаушылар. Сондықтан кері токтың тығыздығы өте аз. Кремний жартылай өткізгіштік диодтарда ол сыртқы кернеу жүздеген вольт болғанда бір квадрат метрге бірнеше миллиампер келеді.

Кернеу артқан сайын кері ток жайлап өседі және кернеудің кейбір мәндерінде ол тіптен оған тәуелді болмай қалады (қанығу тогы). Бұл былай түсіндіріледі, жеткілікті үлкен кері кернеуде (германий үшін 0,1 – 0,2 В) кемтіктер мен электрондардың диффузиялық ағындары тіптен жойылып кетпейді, өйткені негізгі емес тасымалдаушылардың қарсы ағындары кернеуге тәуелді емес, сондықтан кернеу әрі қарай артқанда кері ток өзгермей қалады.

Сонымен, егер р-n ауысуында тура кернеу вольттің бөлігімен өлшенсе, онда ол арқылы өтетін токтың шамасы ампердің бөлігімен өлшенеді (орташа қуатты түзеткіштер үшін). Егер кері кернеу жүздеген вольтпен өлшенген кезде де, онда р-n ауысуы арқылы өтетін токтың шамасы микроампердің жүздеген және мыңдаған бөліктерімен өлшенеді. Демек, р-n ауысуы бар кристалл диодқа ұқсас; р-n ауысу вентиль сияқты қызмет атқарады: токты бір бағытта өткізеді (ауысу ашық) және оны кері бағытта өткізбейді (ауысу жабық). Осындай диодқа тізбектей жүктік кедергі жалғап және оларға айнымалы кернеу беріп (24-сур.), біз іс жүзінде жүктеме тізбегінде бағыты бойынша тұрақты ток аламыз.

24 – сур.

25 – суретте диод пен жүктемеге, ток көзінен берілген, айнымалы токтың графигі бейнеленген. Айталық ток көзі кернеуінің Uкөз өзгеруінің бірінші

25 – сур.

жарты периодында (25-сур.,а) диод өткізетін бағытта жалғассын. Бұл кезде диодтағы кернеу өте аз (25-сур.,б), және тура токты кедергісіз өткізеді, ол барлық қалған кернеу жүктемеге түседі (25-сур.,в). Бұл қоректендіру көзі беретін кернеу диод пен жүктеменің кедергілеріне пропорционал бөлінетінімен түсіндіріледі. Өткізетін бағытта қосылған диодтың кедергісі аз болғандықтан, периодтың бірінші жартысының барлығында барлық түсірілген кернеу жүктемеге келеді.

Периодтың келесі жартысында диод жабық, оның кедергісі өте үлкен, сондықтан барлық кернеу диодқа түсірілген болып шығады, ал тізбекте ток жоқ. Бұл жоғарыда айтылғандардан, дербес жағдайда, жартылай өткізгіштік диодты тізбекке жүктемелі кедергісіз қосуға болмайды.

Жартылай өткізгіштік диодтардың ең бір мәнді кемшілігі – температура артқан кезде олардың түзеткіштік әсерінің нашарлауы болады. Бұл температура көтерілгенде «электрон-кемтік» жұбтарының генерациясының артуымен түсіндіріледі. Бұл процесс негізгі емес жылжымалы зарядтарды тасымалдаушылар концентрациясының артуына алып келеді; n – аймақта кемтіктердің және р – аймақта электрондардың. Демек, диодтың температурасы көтерілгенде кері ток артады, яғни диодтың түзеткіштік сапасы нашарлайды. Сондықтан, іс жүзінде әрбір жартылай өткізгіштік диод үшін оның жұмысының температуралық шегі болады, бұл шек жартылай өткізгіштің атомынан электронды жұлып алуға қажетті энергияға тәуелді (яғни «электрон-кемтік» жұбын жасауға қажетті энергия). Кремнийлік диод үшін оның жұмысының шекті температурасы 200 0С-ден аздап кем, ал германийлік диод үшін мұнан да кем. Кремний карбид негізінде жасалынған диодтар 500 – 6000 С температуралар кезінде де жұмыс істейді.

Алмаздағы көміртегі атомынан электрондарды жұлып алу үшін өте үлкен энергия жұмсау керек. Сондықтан алмаз негізінде жасалынған диодтар 9000 С шамасындай температурада жұмыс атқара алады. Алайда, алмазға қоспа ендіру кезіндегі қиыншылықтар, яғни р-n ауысуын алу кезіндегі, алмазды жартылай өткізгіш ретінде пайдалануға кедергі жасайды.

Жартылай өткізгіштік диодтардың артықшылықтары мыналар: жоғары ПӘК (германийлік және кремнийлік диодтардың ПӘК-і 90%-ға дейін жетеді), түзетілген токтың үлкен қуатында аз габаритті (ауысу ауданы 25 мм2 диод қуаты бірнеше ондаған киловатт токты түзете алады) және шамдық диодтарға қарағанда, едәуір механикалық беріктігі артық және қызмет ету уақыты ұзақ.

Соңында айта кететін нәрсе, екі әр текті металдардың түйісуінен болатын түйісу потенциалдар айырымы шоғырланған ауысу аймағы, р-n ауысуының қасиетіне ие бола алмайды және айнымалы токты түзету үшін пайдалануға болмайды. Бұл, біріншіден, ауысу аймағының екі жағында да жылжымалы зарядты тасымалдаушылар тек электрондар болып саналады және, екіншіден, ауысу қабатының қалыңдығы өте аз болғандықтан, электрондар бұл арқылы екі бағытқа да жеткілікті түрде еркін өте алады.

Транзисторлар

1. Биполярлық диффузиялық тразисторлар

Кері немесе бірнеше электірлік p-n өткелі бар, қуатты күшейтуге жарайтын, үш емесе одан да көп сыртқа қосылғышы бар электрлік түрлендіргіш жартылай өткізгіш аспапты тразистор деп атайды. Био полярлық деп талуы- тоқты тудыратын негізінен екі түрлі заряд тасмалдаушылар бар: электрондар мен кемтіктер, диффузиялық делінуі – тразистор ішіндегі тоқ диффузия құбылысы арқылы жүріп отырады. Қатар-қатар біріне-бірі қосылған жартылай өткізгіштердің түріне байланысты транзисторлар p-n-p – типті және n-p-n типті деп бөлінеді.

p-n-p текті транзистордың қарапайым құралысы мен шартты белгісі 1.1, а-суретте көрсетілген; Ал n-p-n текті транзистордың құрылысы мен шартты белгісі 1.1, ә-суретте берілген.

Транзисторды схемаға қосқан кезде, оның бірінші оң жақтан өткеліне тікелей кернеу, ал басқа өткеліне кері кернеу қосды. Бұл жағдайда тікелей қосылған өткел эмиттер делініп, ал соған тиісті сыртқы жартылай өткізгіштің p-тектес немесе n-тектес қабатты эмиттер (Э) деп аталады. Оратңғы p-тектес (n-p-n транзистор) немесе n-тектес (p-n-p транзистор) жартылай өткізгіш қабат база (Б) деп аталады. Кернеудің кері қосылуынан өткелінің ені орнынан кері жылжыған, ұзарған өткел – коллекторлық деп, ал оған тиісті сыртқы p-тектес немесе n-тектес қабатт коллектор (К) деп аталады.

1.1-сурет. Транзисторлармен құрылысы мен шартты белгілері.

Мысалы, 1.1, а-суреттегі сол жақтағы p-тектес жартылай өткізгіш қабат –эмиттер, ортадағы n-тектес қабат – база, оң жақтағы сыртқа p-тектес жартылай өткізгіш қабат-коллектор.

Осындағы эмиттер мен базасының арасындағы p-n-өткелі эмиттерлік, ал коллектор мен базаның арасындағы p-n өткелі коллекторлық. Эмиттерлік p-n өткелі кернеуге тікелей қосылғандықтан, эмиттерден базаға заряд тасушылар ағыны пайда болды, бұл прцесс инжекция деп аталады, ал коллектор болсабазадан өтіп өзінің шекарасына келген заряд тасмалдаушыларын сорып жинап алады, бұл процесс экстракция деп атайды. Базаны ортада тұрып өзінен өтіп жатқан заряд тасмалдаушыларының ағынын реттейтін басқаратын электрод деп түсіну керек. Транзисторлардың әр түрлі технологиялық әдістермен жасалған кострукциалары 1.1-суретте көрсетілген.

Жасалу технологиясына байланысты тразистордың базалары бір текті қоспалар концентрациасынан тұруы мүмкін. Бір текті концентрациалы базаға келген негізгі емес заряд тасмалдаушылар диффузия негізінде қозғалады. Мұндай транзисторларды диффузиялық немесе дрейфсіз деп атайды.

1.2-сурет. Әр түрлі технологиямен жасалған тразисторлардың құрылыстары (а) балқытумен; (ә) ипитаксиоалды-диффузиялық; (б) планарлық;

Транзисторларды жасағанда эмиттер мен коллекторларды кішілеу омды қылып жасайды, яғни бұларға қоспа атомдарды көп кіргізеді, ал базаны оларға қарағанда жоғарғы омды жасайды, қоспаларды аз кіргізеді.

Транзисторлардың электродтарға (эмиттерге, базаға, коллекторға) кернеуді қосқанда қалай жұмыс істейтінін көрейік. 1.3-суретте транзистордың қарапайым құрлысымен электродтарына кернеу қосылған схемасы берілген.

Бұл жағдайда эмиттерлік p-n-өткелі кернеуге тікелей қосылып, өткелдің ені кішірейеді де, ал коллекторлық p-n-өткелі кернеуге кері қосылып, өткеллдің ені өсып кері жылжиды. Эмиттер мен базаның арасындағы кернеу деп белгіленеді.

1.3-сурет. Транзистордың электрлік тізбекке қосылу схемасы

Осылай электродтарына кернеу қосылып, күшейту режиміне көшкен кезде p-n-p текті транзисторда мынандай процесстер жүреді:

1. Эмиттерлік өткелде потециалдық тосқауылдың кішірейуіне байланысты кемтіктер эмиттердің аймағынан p-n өткелі арқылы базаның аймағына диффузия жасап өтеді, бұл прцесс кемтіктердің инжекция жасауы деп аталады, электрондар база аймағынан эмиттер аймағына өтеді. Бірақ базадағы электрондарпдың саны эмиттердегі кемтіктер санынан әлде қайда кем болғандықтан, кемтіктер ағыны электрондардан асып түседі де, диффузия тоғын негізін кемтіктер түзейді.

2. Базада тепетеңдіксіз негізгі емес заряд тасалдаушылар болып есептелінетін, оған инжекция жасаған кемтіктер диффузия процессі негізінде жылжып, эмиттерлік өткелден коллекторлық өткелне қарай қозғалады. Бұл қоғалыс кемтіктердің кейбір бөлігінің базадағы негізгі заряд тасымалдаушылар-электрондармен рекомбинация жасау прцессімен қосыла жүреді. Осы жағдайда рекомбинация процесі кезінде жойылып кетіп жатқан электрондардың орнын толтыру үшін сыртқы электр тоқ көзінен базаға электрондар келіп түсіп жатады да, базаның барлық көлемінде оның электрлік бейтараптығы сақталып тұрады.

3. Коллекторлық өткелге келген кемтіктерге коллекторға берілген кернеу олады өзіне тартып жылдамдататын әсер туғызады да, тегіс коллекторға жұмсайды процесс энстракция деп аталады.

Эмиттердің тоғы екі құрамадан тұрады:

Мұнда: кемтіктер түзейтін негізгі тоқ; электрондар түзейтін тоқ. Эмиттер тоғының көбін кемтіктер құрайтын болғандықтан, оның тоқтық үлесін инжекция коэфиценті сипаттайды:

себебі

Базаның тоғы:

Мұнда: - эмиттерден базаға инжекция жасаған кемтіктердің электрондарымен рекомбинация жасалуынан туатын тоқ; ал коллекторлық өткелдің негізгі емес заряд тасмалдаушылары туғызатын кері тоғы. Заряд тасмалдаушылардың базада рекомбинация жасау процесін және одан өтуін тасмалдау коэфициенті сипаттайды:

Мұнда: - коллектордың кемтіктер түзетін тоғы, яғни база арқылы коллекторлық өткелге жетіп үлгерген негізгі емес заряд тасмалдаушылар құратын тоқ. – коеффициентінің мәні неғұрлым бірге жақыны болғаны дұрыс, сонда рекомбинация процессі аз болып, кемтіктердің көбі база рақлы коллекторға өтіп кетеді деген сөз. Ал коллекторлық тоқ мынандай құрамдардан тұрады:

1. Базада негізгі емес заряд тасмалдаушылардың база арқылы келлекторға өтіп кетіп түзейтін экстракция тоғы:

-тоқты беріп жіберу коэфиценті.

2. Коллектор ішіндегі негізгі емес заряд тасмалдаушылардың (электрондардың) өткел арқылы базаға өтіп түзейтін тоғы – коллекторлық өткелдің кері тоғы - .

Сонымен,

Жалпы алғанда Кирхгоф заңы бойынша транзистор арқылы жүретін тоқтар мынандай байланыста:

2. Өрістік транззисторла p-n өткелді өрістік тразисторлар

Бұл үш полюсті прибор, екі p-n өткелі кері қосылған, тізбекке қосылуы 1.15-суретте көрсетілген. Өрістік транзисторларда негізгі заряд тасмалдаушылардың ағыны басқару, жартылай өткізгіштің канал деп аталатын облысында оның енін электр кернеуінің көмегімен өзгерту арқылы жүгізіліп отырады. Каналға кіретін заряд тасмалдаушылардың жүрісі басталатын электродты бастау (Б) деп атайды.

Каналдан заряд тасмалдаушылардың шығып жететін электродын құйма (Қ) деп атайды. Каналдың енін берілген кернеу бойынша өзгертіп отыратын электрод жаппа (Ж) деп аталады. Құймаға оң потециал беріледі, ал жаппаға теріс потенциал беріліп, p-n өткелі кері қосылады.

Егер бастау мен құйма екі арасына сыртқы кернеу (минуспен бастауға) берілсе, онда n-тектес жартылай өткізгіш пластиканың ішінже бастаудан құймаға бағытталған электрондардың дрейфтік қозғалысы басталады да, құйма тоғы пайда болады.

1.4-сурет. Өрістік транзистордың тізбекке қосылуы (а) мен шартты белгілері; (ә) р-тектес канал, (б) n-тектес канал, (в) таңбалануы

Жаппаның кернеуі -ны немесе құйманың кернеуін -ны өзгерте отырып, осы тоқтың шамасын реттеп өзгертіп отыруға болады. Жаппаға берілген кернеудің шамасы өскенде екі жақтағы p-n өткелінің ендері өсіп, каналдың ені қысқарып, кедергісін артады да, жұмыс тізбегіндегі тоқ азаяды.

кернеуі қосылған кезде өткізгіш каалдың конфигурациясы өзгеріп отырады, себебі осы кернеу бар кезде каналдың құйма және бастау жақтарындағы потенциалдары әр түрлі болады. Бастау жағындағы p-n өткелінің кернеуі -ға, ал + , сондықтан да зарядтары азайған аудан құйма жағында бастау жағындағыға қарағанда әлде қайда енді және жалпақ болады.

Жаппаның кернеуінің әлдебір теріс мәнінде екі p-n өткелдерінің зарядтары азайған, кедейленген қабаттары бірімен – бірі түйісіп, қосылып кетуі мүмкін (1.4-сурет) (үздік сызықпен көсетілген), осы жағдайда өткізгіш каналдың көлденең кесіндісінің ауданы 0-ге тең болып, каналдың кедергісі шексіздікке жетіп, құманың тоғы нөлге тең болады, тразистор жабық күйге түседі. Осы кездегі жаппа мен бастаудың арасында берілген кернеу тоқ тыйылу кернеуі деп аталып, деп белгілінеді.

кернеуінің және тоғының кішкене мәдерінде транзисторды тікелей кедергі деп қарауға болады. аздап өссе, онымен түзу сызықты байланыста өседі, ал азайса да соған сәйкес азаяды. қатты өскен сайын сипаттамасы (1.5, а-сурет) түзу сызықты байланыстан тысқары шығып кетеді, бұл құйма жағындығы каналдың енінің кішіреюінен болады. Тоқтың белгілі бір мәнінде өскен сайын аз-маз ғана өзгеріп отырып қанығу режимі деп аталатын шегіне жетеміз. кернеуінің өсуі мен тоғының өсуі каналдың енінің онан сайын жіңішкеруін тудырып, осыдан барып тоғының азаюына әкеп сағатын динамикалық тепе-теңдік пайда болады. Аяғында осы тоқ өзгермей қалады. Қанығу күйі басталатын кернеу қанығу кернеуі деп аталады. Айтылып өткен сипаттама құймалық деп аталады. p-n өткелді өрістік транзистордың екінші сипаттамасы құймалы жаппалық, яғни деген тәуелділік. Бұл сипаттама 1.4, ә-суретте көрсетілген. Мұндағы -тоқтың тыйылуы тыйып тастау кернеуінің шамасы.

p-n өткелді өрістік транзистордың мынандай көрсеткіштері бар:

· Сипаттамасының тіктігі:

· Құйманың дифференциалдық кедергісі:

· Кернеуді күшейту коэффиценті:

1.4-сурет. Өрістік транзистордың құймалық (а) және құймалы-жаппалық (ә) сипаттамалары

3.Изоляцияланған затворы бар өрістік транзисторлар немесе МДЖ (металл-диэлектрик-жартылай өткізгіш) тразисторлар

Бұл транзисторлардың жұмысы мынандай құбылыстың негізінде құрылған: егер де жартылай өткізгіш пластинка мен одан кішкене қашықтықта орналасқан және диэлектрикпен бөлінген металл пластинка арасына потенциалдар айырмасын беретін болсақ, онда жартылай өткізгіштің бетіндегі зарядтар үлесі өзгереді де, жартылай өткізгіштің көлемін де сыртқы өріске қарсы бағытталған және одан жартылай өткізгіштің негізгі көлемін экрандайтын ішкі электр өрісі туады.

Металл пластинка жаппа деп аталып, жартылай өткізгіштің пластинкасынан диэлектрлік жұқа қабыршақпен бөлінеді, міне сондықтан да бұл транзисторлардың металл-диэлектрик-жартылайөткізгіш (полупроводник) үш қабаттан тұратындықтан қысқартылып, МДЖ, (МДП) – транзисторлар деп аталуы немесе МТЖ ( металл-тотық-жартылайөткізгіш) деп аталады. Өйткені, көбінесе диэлектрик ретінде кремний қос тотығы Si қолданылады.

Егерде металл электродқа n-тектес жартылай өткізгішке қарағанда оң потенциал берілген болса, онда жартылай өткізгіштің бетінде ионизацияланған кацепторлар мен донорлардың концентрациясының айырмасынан саны көп негізгі заряд тасмалдаушылар-электрондар концентрациясы бар қабат пайда болады. Бұл қабатты байытылған деп атайды. Егер де металл электродқа (жаппа) теріс потенциал берілсе, онда жартылай өткізгіштің бетінде электрондардан кедейленген қабат пайда болады. Ал р-тектес жартылай өткізгіш пен металл пластинканы алатын болсақ, ондай жағдайда негізі заряд тасмалдаушылармен (кемтіктермен) жартылай өткізгіштің бетіндегі байытылған қабат жаппаға теріс потенциал берілгенде, ал электрондармен кедейленген қабат жаппаға оң потенциал берілгенде пайда болады.

МДЖ – тразисторлардың екі түрлері бар:

1. Өзіндік әдейі жасалған каналы бар МДЖ-тразистор;

2. Өріс арқылы пайда болатын (индукцияланған) каналы бар МДЖ-транзистор.(1.5,а-сурет) өзіндік өткізгіш n-тектес каналы бар МДЖ тразистордың құрылысы косетілген.

1.5-сурет. МТЖ-транзисторлардың құрылысы: а) өзіндік өткішгіш n-тектес каналды, ә) индукцияланған каналы бар, -донорлық кірмелер көп енгізілгенін көрсетеді

Бұл транзистордың әдейі арнап жасалған жаппаның астындағы каналының өткізгіштігі жаппаға берілген кернеудің шамасы мен полярлығына байланысты өзгеріп отырады. Жаппаның оң жағында бастау орналасқан, сол жағында құйма электроды орналасқан. Суретте көрсетілгендей бастау мен құйма n-тектес болса, жаппаға теріс потенциал берілсе, ол электрондарды каналдан кері итереді де (кедейлену режимі), бастаудан құймаға қарай жүретін электрондар саны азайып, тоқ кішірейеді, ал жаппаға оң потенциал берілсе онда электрондар жаппа астына тартылып каналдың өткізгіштігі өсіп, электрондар бастаудан құймаға қарай көптен қозғалады да, құйма тоғы өседі.

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-сур