Биполярлық транзисторлар

Биполярлық транзистор-немесе транзистор деп электр тербелістерін күшейту мен генерация жасауға арналған және үш облыстан тұратын, кремний немесе германий пластинасы болып табылатын екі р—п ауысуы бар шала өткізгішті аспапты айтады. Екі шеткі облыстың әрқашан бірдей текті өткізгіштігі бар, ал ортадағы облыс қарама-қарсы түрдегі өткізгіштікте болады. Шеткі облыстарының электрондық өткізгіштігі, ал ортаңғысының кемтіктік өткізгіштігі бар транзисторлар п-р-п үлгілік (түрлі) транзисторлар деп аталады, ортаңғысының электрондық өткізгіштігі барлар р-п-р — үлгілік транзисторлар деп аталады .Екі үлгілік транзисторларға жүріп жататын физикалык, процесстер өте ұқсас, олардың арасындағы айырмашылықтар мынада: олардың қоректендіру көздеріне қосылу полярлығы қарама-қарсы және де п-р-п үлгілік транзисторда электр тоғын негізінен электрондар түзетін болса, ал р-п-р үлгілік транизсторда — кемтіктер түзеді. р-п ауысулар бір-бірінен бөлінген шектес облыстар, эмиттер Э, база Б және коллектор К деп аталады. Эмиттер заряд тасушыларды, п-р-п үлгілік транзисторда электрондарды, ал р-п-р үлгілік транзисторларда кемтіктерді шығаратын (эмиттейтін) облыс болып табылады, коллектор-заряд тасушыларды жинап алатын облыс; б а з а — ортаңғы облыс, негіз.Транзистордың жұмыс істеуі кезінде сол жақтағы р-п ауысуын тура бағыттағы эмиттер — база кернеуі Uэқ беріледі, оң жақтағы р-п ауысуына кері база — коллектор кернеуі Uэ-қ беріледі. Электр өрісінің әсерінен сол жақтағы облыстан (эмиттерден) заряд тасушылардың көп бөлігі р-п ауысуын басып өтіп, өте енсіз ортаңғы облысқа (базаға) өтеді. Заряд тасушылардың көп бөлігі одан әрі екінші ауысуға қарай қозғала отырып, оған жақындағаннан кейін, кернеу көзі Uэкқ тудыратын электр өрісінің ықпалына түседі. Осы өрістің әсерінен заряд тасушылар батарея Uэ-к тізбегіндегі токты өсіріп, оң жақтағы облысқа (коллекторға) тартылып кіреді. Егер Uэк-б кернеуін өсірсек, онда эмиттерден базаға көшкен заряд тасушылардың саны өседі, яғни эмиттер тоғы I-э5 -ға артады. Бұл жағдайда коллектор тоғыда Iб-к-ға артады.Базаға эмиттерден келген заряд тасушылардың шамалы бөлігі қарама-қарсы полярлықтағы еркін заряд тасушылармен рекомбинацияланады (бейтараптанады), олардың азаюын база тоғы Iб-ны құрайтын сыртқы тізбектен келетін жаңа заряд тасушылар толықтырылып отырады. Сөйтіп, коллектор тоғы Iқ= Iэ - Iб — эмиттер тоғынан шамалы ғана кіші болып шығады.U б-к =соgst болғандағы а = Iк/ Iэ қатынасы ток бойынша күшейту коэффициенті деп аталып, әдеттегі мәндері а = 0,9 —0,995-ке тең болады. Егер эмиттер — база тізбегі ажыратылып тұрса және ондағы ток I =0 тең болса, ал коллектор мен база арасына U к-б кернеуі түсірілсе, онда коллектор тізбегінде, негізгі емес заряд тасушылардан қалыптасқан кішкентай кері (жылулық) ток I ко жүріп жатады. Бұл ток белгілі дәрежеде температураға тәуелді болып, транзистордың параметрлерінің бірі болып табылады. Бұл ток қанша кіші болған сайын транзистордың қасиеттері жақсара түседі.Транзистор электр тербелістерін күшейткіш ретінде жұмыс істеген кезде айнымалы кірістік кернеуді U кір (күшейтілетін сигналды) эмиттер мен база арасындағы тұрақты ығысу кернеуінің U көзімен тізбектеп қосып береді, ал шығыс кернеуі Uшығ (күшейтілген сигнал) жүктеме резисторынан Rж алынады.п-р-п үлгілік және р-п-р үлгілік транзисторларды тізбекке үш түрлі схема бойынша қосу мүмкіншілігі бар: ортақ базамен ОБ ортақ эмиттермен ОЭ және ортақ коллектормен ОК. Транзистордың кай электронды кірістік және шығыстық тізбектеріне ортақ екендігін схеманың аты көрсетіп тұр. Транзисторларды қосу схемалары өзінің қасиеттерімен өзгешеленеді, бірақ та тербелістерді күшейту принципі бәрінде бірдей. Ортақ базалы схема кірістік кернеудіқ оң мәнді өсімшесі Uкір эмиттер тоғының Іэ көбейтеді, ал ол коллектор тоғының Ік мен шығыстық кернеудің Uшығ өсуіне әкеп соғады, және мұнда Uшығ > Uкір ОБ схемасында кірістік кернеу көзі эмиттер-база тізбегіне ,ал жүктеме мен қоректендіру көзі коллектор — база тізбегіне қосылған. ОБ схемасының кірістік кедергісі аз болады.Ортақ эмиттерлі ОЭ схемасында кірістік кернеу көзі эмиттер — база тізбегіне қосылған, ал жүктеме Рп мен қоректендіру көзі эмиттер коллектор тізбегіне, сондықтан эмиттер кірістік және шығыстық тізбектеріне ортақ электрод болып табылады. ОЭ схемасының кірістік кедергісі ОБ схемасына қарағанда үлкен, себебі мұнда база тоғы кірістік ток болып саналады, ол эмиттер тоғы мен коллектор тоғынан әлдеқайда кіші болады. Бұл кедергі жүздеген Ом-ға жетеді. ОЭ схемасының шығыстық кедергісі үлкен және жүздеген киллоомға жетуі мүмкін. Бұл схемадағы ток бойынша күшейту коэффициенті ß, коллектор кернеуі тұрақты болған кезде, коллектор тоғы өсімшесінің ∆Iқ база тоғы өсімшесіне ∆/қ қатынасы ретінде анықталады, яғни ß= ∆Iқ /∆Iб=сопst болғанда, және әртүрлі транзисторлар үшін ß = 10 — 00 мәндеріне тең болуы мүмкін. Iэ = Iк+Iб мен а =∆ Ік/ ∆ Iэ теңдіктерін ескере отырып, ß =∆/қ(∆Iэ - ∆Iқ) = (∆/қ∆I)/(1-∆Iқ/∆Iэ)= а /(1-а) табамыз. ОЭ схемасы үшін кернеу бойынша күшейту коэффициенті Ки ОБ схемасынікімен шамалас болады. Қуат бойынша күшейту коэффициенті КР= ßКи ОБ схемасына қарағанда көп есе артық.Ортақ эмиттерлі ОЭ схемасында кірістік кернеуді күшейткен кезде шығыстық кернеуінің фазасы жарты периодқа, яғни 180°-қа, бұрылады: кірістік кернеудің оң мәнді өсімшелері шығыстық кернеудің теріс мәнді өсімшелерін тудырады және керісінше болғанда — оң мәнді өсімшелерін түдырады.Мысалы, ортақ эмиттерлі ОЭ схемасында кірістік тізбек — база тізбегі болып табылады да, кірістік сипаттамасы ретінде эмиттер мен коллектор арасындағы кернеу тұракты болған кездегі база тоғының эмиттер база кернеуіне тәуелділігі алынады, яғни Iб =f (Uэк) Uэ-к =сопst болғанда, бұл схеманың шығыстақ тізбегі болып коллектор тізбегі саналады, ал шығыстық сипаттамасы, база тоғы тұрақты болған кездегі, коллектор тағының эмиттер — коллектор кернеуіне тәуелдігін бейнелейді, яғни Iб = сопые кездегі Iб = Iб=f(Uэ-б) 139, а және б-суреттерінде р-п-р транзистордың кірістік және шығыстық сипаттамаларының үлгілік түрлері көрсетілген. База мен эмиттер арасындағы кернеудің (Uэ-б) кіші мәндерінде база тоғы р-п ауысуының үлкен кедергісіне байланысты жәйлап өседі, бұл кедергі ток өскен сайын кемиді. Коллектор кернеуі (Uэ-к) артқан сайын кірістік сипаттамалар оңға қарай ығысады, яғни Uэ-к артқан сайык база тоғы өзгермей қалуы үшін кернеуді көбейту керек.Жұмыс облысында Uэ-к кернеуі Ік коллектор тоғына шамалы ғана әсер ететінін шығыстық сипаттамалары көрсетіп тұр, себебі коллектор тоғы негізінен базаға инжекцияланатын кемтіктер санына тәуелді, яғни эмиттер тоғына тәуелді Биполярлық транзисторлар германий мен кремнийден жасалады.Мысал ретінде р-п-р — типті жазықтықты германийлік транзистордың құрылысын қарап көрейік (140-сурет). Электрондық өткізгіштігі бар кристаллдық германийден жасалған пластина 3 база болып табылады. Пластинанық екі жағынан эмиттер 6 және коллектор 8 болып қызмет аткаратын индий электродтар балқытылып жапсырылған. Индий балқығанда осы электродтардың әрқайсысы мен германийлік — базаның арасында кемтіктік өткізгіштігі бар облыстар пайда болады және эмиттерлік 7 мен коллекторлық 2 р-п ауысулар жасалады. Коллектор 8 криссталл ұстағышқа 1 бекітілген, одан сыртқа коллектордың шықпасы 9 өтіп тұр. Эмиттердің шықпасы 5 және базаның шықпасы 4 корпустан шыны өткерме оқшаулатқыштармен оқшауламаланған. Транзистор металл корпустың ішіне орналасқан. Транзисторлардың электрондық шамдармен салыстырғанда мынадай артықшылықтары бар: қыздыру тізбегі жоқ, сондықтан схема ықшамдалынады және катодты қыздыру үшін қуат тұтылмайды, механикалық беріктілігі жоғары және жұмыс атқаратын мерзімі ұзақ, жұмыс істеп кетуе әрқашанда дайын, ауқымы мен массасы кішкентай, қоректену кернеуі төмен және пайдалы жұмыс коэффициенті аса жоғары.