Ос интегралды орындайтын схемалар

Осып-алу схемасы. Баланс шарты.

Қосып-алу схемасы − инверттейтін және инверттемейтін сумматордың қасиеттерін бір операционды күшейткішке біріктірген тізбек. Ол жалпы келесі теңдеумен сипатталады:

Және ол келесідей бейнеленеді:

Бұл тізбек үшін баланс шарты:

Суммалаушы тізбектердін қалыпты жұмыс істеуі үшін, және кернеу ығысуын болдырмау үшін баланc шарты орындалу қажет.

Яғни инверттейтін және инверттемейтін кірістеріндегі күшейту коэффиценттері өзара тең болуы қажет.

Егер тең болмаған жағдайда, қосымша кедергі қосу арқылы баланс келтіруге болады:

6. Инверттемейтін сумматор

Инверттемейтін сумматор - инверттемейтін күшейткіш секілді кіріс кернеуді күшейтіп қана қоймай, кіріс сигналдарды суммалайды. Әр кіріс сигналға белгілі бір коэффентке көбейте отырады. Түйінге түйіскен кернеу көздерден ол қосынды алады, сондықтан да ол сумматор болып аталады. Шығыс кернеуді сипаттайтын негізгі теңдеу:

Жоғарыдағы тізбек үшін баланс шарты:

7. Алгебралық теңдеулер жүйесін шешу схемалары.

Математикадағы алгебралық теңдеулерді шешуге операциялық күшейткіштер негізінде жиналған тізбекті қолдануға болады. Тізбек өз құрамына инверттемейтін және инверттемейтін сумматорларды қосады. Теңдеуді шешу үшін біз кіріс мәндермен жұмыс істей отырып, теңдеудің әр бөлігін шешіп, толық жауапты тапсақ болады.

Мысалы келесі мысалдан көрсек болады:

У үшін:

8. Масштабтық коэффициентпен суммалайтын схемалар

Егер сумматордың кірісіне әртүрлі шамадағы кернеулерді қолдану керек болса, онда масштабтық коэффициентпен суммалайтын сумматор қолданамыз. Егер ығысу тоғы өте аз болса, онда Кирхгоф заңы бойынша

I₁+ I₂+ I₃= I_ос

Егер U_д= 0 кезінде күшейту коэффиценті жеткілікті түрде үлкен болса онда,

және,

U_вых байланысты шешетін болсақ:

Немесе жалпы түрі:

Интегратор

Интеграторлар - электрлік кіріс сигналдарды уақыт бойынша интегралдауға арналған тізбек. Кіріс сигнал шамасы жалпы түрде келесідей бейнеленеді:

U_вх(t)= U_вых(0) + K U_вx(t)dt

К – пропорционалдылық коэффициенті, U_вых(0) бастапқы уақыт мезетіндегі шығыс сигнал шамасы.

Және ең қарапайым сызықты интегралдаушы тізбек ретінде біз RC элементтерден тұратын төртполюстікті алсақ болады.

Операциялық күшейткішпен:

болса, Q = CU. Онда конденсатордан өтетін тоқ,

Ал егер операциялық күшейткіш идеалдыға жақын болса, онда I_r= I_c, және

Болса, онда U_c= - U_вых екендігін біле отырып біз:

Екендігін табамыз да, соңғы теңдеуге келеміз:

10. Айырымдық интегратор. Үшрежимді интегратор.

Екі сигналдың айырымдарының интегралын алу үшін келесідей схема қолданылады:

Бұл тізбек дифференциалды интеграторға өте ұқсас қызметте жұмыс істейді, және де құрылымы да ұқсас. Тек екі резистордың орнына конденсаторды қоямыз.

Шығыс кернеудің теңдеуі:

Тізбектің жақсы жұмыс істеу үшін резисторлар мен конденсаторлар дұрыс таңдалуы шарт.

Үшрежимді интегратор. Кез келген интегратор көп уақыт аралығында жұмыс істеу кезінде бастапқы жағдайға келтіруді талап етеді. Тағы да, шығыс сигналды қандай да бір уақытқа тоқтату мүмкіншілігі болса да жақсы болар еді, өйткені бірден бірнеше көзден мәндерді оқу кезінде қажет уақыттай тоқтату қажет болады. Келесі тізбекте көрсетілген интегратор тек интегралдап қана қоймай, керек моментте бастапқы қалыпқа келтіруді, және шығыс сигналды ұстап тұру мүмкіншілігін жүзеге асырады:

ос интегралды орындайтын схемалар.

Интегратордың кіріс тізбегі ретінде Т-тәрізді төменгі жиілікті фильтрді, ал кері байланыс тізбегінде Т-тәрізді жоғарғы жиілікті фильтрді қолдана отырып, қос интегралдауды орындауға болады. Қос интегралды орындайтын схема:

Қос интегратордың шығысынан алынатын шығыс кернеуі мынаған тең:

Бұл схеманы мынадай түрдегі дифференциалдық теңдеулерді шешуде қолдануға болады:

Егер қос интегратордың шығысын кірісімен жалғасақ, онда фазаығыстырғыш тізбегі бар генератор алынады, оның жиілігі:

Дифференциатор.

Ең қарапайым RC элементінен жасалған дифференциатор үшін

U_out = RI_R = RI_C = RC(dU_C /dt)

Операциялық күшейткішті пайдаланып дифференциаторды алу схемасы.

Идеалды ОК Кирхгоф заңы бойынша токтардың теңдігін береді

I_R = - I_C
Операциялық күшейткіштің кірісіндегі кернеулер нөлге тең. Сондықтан: U_out = U_R = - U_in = - U_C .
Ом заңына сәйкес:

U_out = RI_R = - RI_C = - RC(dU_C /dt) = - RC(dU_in /dt)

Осы жерден U_out кіріс кернеуінің өзгеру жылдамдығы секілді dU_in /dt конденсатор заряды туындысына пропорционал,.

RC уақыт өлшемі бірге тең болғанда шығыс кернеуі кіріс кернеуінің туындысына тең болады, бірақ таңбасы қарама-қарсы болады. Осыдан байқайтынымыз бұл схема кіріс кернеуін дифференциалдайды және инверттейді. Ал тұрақты санның туындысы нөлге тең , сондықтан дифференциалдаған кезде шығысындағы тұрақты құраушы болмайды.

Дифференциатордың үшбұрышты кіріс сигналына әсері:

13. Айырымдық дифференциатор.

Дифференциаторды дифференциалдық кірісте пайдалануға болады оның шығыс сигналы мынаған тең:

14. Дифференциалдық теңдеулер жүйесін шешу схемалары

15. Логарифмдік түрлендіру схемалары. Көбейткіш.

Логарифмдік сипаттамасы бар түрлендіргіш алу үшін сондай сипаттамасы бар элементтермен жұмыс жасау керек . Логарифмдік сипаттамаға ие элемент ретінде диодты қарастыруға болады . Жартылай өткізгіш диодтағы ток мәні:

Ортақ базамен жалғанған транзистор коллектор тогы үшін былай жазуға болады:

Енді логарифматордың схемасына келсек:

Бейсыздық элемент ретінде транзистор пайдаланылған логарифмдік күшейткіш

16. Шалаөткізгіштер физикасы. Ферми деңгейі. Шалаөткізгіштік материалдар.

Шала өткізгіштер дегеніміз токты өткізетін материалдар мен диэлектриктердің арасындағы тек қандай да бір жағдайда ток өткізетін материалдар. Олардың 2 түрі бар : Табиғи шалаөткізгіш және қоспалы шалаөткізгіш. Табиғи шалаөткізгіш ретінде Si қарастыра аламыз.

Таза күйінде Si және Ge диэлектриктік қасиеттерге иеленеді, бірақ олардың өткізгіштігі аз мөлшерде (шамада) қоспаларды енгізсе түпкілікті өзгереді.

Суретте Ge-дің (кристалл торының) моделі, оның бір атомын As (күшән) атомымен орынбастырылған. Міне осы As-атомды қоспа дейді. Күшәннің (As-тің) сыртқы орбитасында 5 электрон, сондықтан Ge-кристалына “тұрғанда” оның бір электроны еркін болып қалады. Бұл артық электрон өте қозғалғыш, сондықтан потенциалдар айырымы пайда болғанда ток тасымалдаушы бола алады. Еркін электрондар санын (мөлшерін) шалаөткізгіш ішіне енгізілетін қоспа атомдар санын өзгертіп бақылауға (тексеруге) болады. Қоспаларды шалаөткізгіштерге енгізгенде еркін электрондар пайда болса – бұл шалаөткізгіш енгізілген қоспа донор деп аталады, ал шалаөткізгішінің өзі қоспалы шалаөткізгіш деп аталады.

Донор қоспасы бар шалаөткізгіштерде өткізгіштік еркін электрондармен сипатталады да, бұндай шалаөткізгіштерді n-типті (negative) деп атайды.

Егер шалөткізгіш–кристалл торы ішіне сыртқы қабаттарыда үш электрон болатын, мысалы Бор, Индий атомдарын енгізетін болсақ, электронның жоқтығы кристалл ішінде кемтіктің пайда болуына келтіреді. Сырттан түсірілген кернеу бұндай шалаөткізгіштерде электрондардың оң таңбалы түйіспеге , ал кемтіктердің теріс таңбалы түйіспе жағына қозғалысына келтіріледі. Кемтіктердің қозғалысын да ток ретінде қарастыруға болады. Шалаөткізгіштерді р-типті (positive) деп, ал қоспаларды акцепторлар деп атауға келіскен.

Жоғарыда қарастырылған негізгі заряд тасушылармен қатар (бұлар шалаөткізгіш ішіне қоспаларды қосқанда пайда болады дедік) кәдімгі қыздыру әрекетінен пайда болатын еркін электрондар (оларды негізгі емес заряд тасушылар деп атайды) да токқа үлесін қосады.

17. p және n типті шалаөткізгіштер. p – n өткелі және оның вольт – амперлік сипаттамасы.

Электронды-Кемтіктік Ауысу, p–n-ауысу – монокристалл жартылай өткізгіштерге легирлеуіш қоспа араластырғанда қоспалық электрондық өткізгіштердің (n-типтес) қоспалық кемтіктік өткізгіштік (p-типтес) пайда болатын аймақ (облыс). Жартылай өткізгіштердің p-немесе n-аймақтарында көлемдік электр зарядтары түзіледі. Осы электр зарядтарының электр өрісі, p-не n-аймақтары арқылы негізгі ток тасушылардың өтуіне (яғни өткізгіштік электрондардың n-аймағынан p-аймағына қарай, ал кемтіктердің кері бағытта өтуіне) кедергі жасайды. Сондықтан сол шекарада негізгі ток тасушылар үшін жапқыш қабат дейтін қабат түзіледі. Сыртқы электр өрісінде Э.-к. а. бір жақты (вентильді) өткізгіштік қасиетке ие болады (яғни ол p-аймағынан n-аймағына қарай жүретін токты өткізеді де, ал кері бағытта жүретін токты іс жүзінде өткізбейді). Э.-к. а. әр түрлі жартылай өткізгіштік приборларда (мыс., түзеткіш диодта, транзисторларда, т.б.) кеңінен қолданылады.Төмендегі суретте көрсетілген құрылымның жартысы (оң жақтағы делік) n-типті қоспамен легирленген , ал екінші жартысы p-типті қоспамен. Р-n ауысудың шекарасында кемтіктер n-типті қабатқа, ал электрондар р-типтіге ұмтылады да, еркін тасушыларсыз аймақ пайда болғанға дейін, яғни тасушылар тепе-теңдігі орын алғанға дейін қозғалыста болады. Пайда болған еркін тасушыларсыз аймақ кедейленген қабат деп аталады да, диэлектриктер қасиеттерін сақтайды.

Кедейленген қабаттағы зарядтың өсуі – бұл ішкі эффект, яғни p-n ауысудың шеттеріндегі потенциалдар айырымының өзгеруі бақыланбайды. Бірақ егер р-қабатқа оң потенциал, ал n-қабатқа – терісін (төмендегі суретте көрсетілгендей) түсірсек, кеміктер p-n ауысу арқылы р-қабаттан n-қабатқа қарай, ал электрондар n-қабаттанр-қабатқа ұмтылады.

p-n ауысудың вольт-амперлік сипаттамасы.

18. Диодтар. Қолдану мақсаты мен дайындау тәсілдері бойынша диодтардың классификациясы

Шалаөткізгіш диод (орыс. Полупроводниковый диод) — бір электронды-кемтікті өткелі (р — n өткелі) немесе Шоттки өткелі (металл-шалаөткізгіш түйіспесі) бар екіэлектродты шалаөткізгіш аспап. Көбіне өткелдің бір жақты өткізгіштігі пайдаланылады және шалаөткізгіш диод тұрақты ток немесе төменгі жиілікті айнымалы тізбегіндегі әрекеті оның вольт-амперлік сипаттамасы бойынша анықталады. Шалаөткізгіш диодтың бір жақты өткізгіштігі мен вольтамперлік сызықты емес сипаттамасы түзеткіштік, детекторлық, түрлендіргіштік диодтарда пайдаланылады. р — n еткелінің тесіліп-ойылуына байланысты құбылыстар негізінде стабилитрондар, ағынды-үшпалы-диодтар жұмыс істейді. Варикаптың жұмысы негізінде р — n өткелінің тосқауылдық сыйымдылығы пайдаланылады. Концентрациясы жоғары шалаөткізгіштегі р- n өткелінде пайда болатын туннельдік эффект, туннельдік және қайтарылған диодтарда қолданылады. Конструкциясы жагынан Шалаөткізгіш диодтың негізгі екі тобы бар: жалпақ және нүк телік. Жасалу технологиясы бойынша диодтар балқыма, диффузиялық, планарлық және т.б. болып белінеді.

Диодтар пайдаланылуына байланысты былай классификацияланады: жоғарғы сапалы, стабилитрон, варикаптар, туннельді, фотодиодтар, шум генераторлары, магнитодиодтар, жарықшағылдырушы

· Түзеткіш ,Универсалды,импульсті,

· стабилитрон и стабисторлар

· туннельді

· арнаулы

· варикап

19. Диод түрлері. Диодтардың жалпы қасиеттері мен параметрлері.

20. Транзисторлар, олардың классификациясы. Транзисторлардың жұмыс істеу (күшейткіш) принципі мен оларды қосу схемалары.

21. Биполярлық транзисторлар. Екі p – n өткелі бар структуралардың қасиеттері.

Транзистордың көп тараған бір түрі биполярлы транзистор болып табылады. Биполярлы транзисторлар үш кезектелген электрондық (п) немесе кемтіктік (р) өткізгіштік облыстардан тұрады. Олар р-п-р және п-р-п типті болып ажыратылады. Биполярлы транзистордың ортаңғы облысы база, қалған екеуі эмиттер және коллектор деп аталады. База эмиттер мен коллектордан тиісінше эмиттерлік және коллекторлық р-п ауысуларымен бөлінген. Биполярлық транзистордың жұмыс істеу принципі база арқылы өтетін негізгі емес заряд тасушылардың ағынын бақылауға негізделген. Эмиттерлік ауысу тура бағытта ығысқан және ол негізгі емес заряд тасушылардың инжексиясын (итерілуін, ендірілуін) қамтамасыз етеді, ал коллекторлық ауысу кері бағытта ығысқан, ол эмиттер итерген негізгі емес заряд тасушыларды жинап алуды қамтамасыз етеді. Биполярлық транзисторлар негізінен электр сигналдарын өндіруге, күшейтуге арналған. Транзисторлар физикалық және басқа да параметрлеріне байланысты төмен (3 МГц-ке дейін), жоғары (300 МГц-ке дейін), аса жоғары жиілікті (300 МГц-тен жоғары), аз қуатты (шектік сейілу қуаты 1 Вт-қа дейін), үлкен қуатты (шектік сейілу қуаты 1 Вт-тан жоғары), жоғары және төмен кернеулі, дрейфтік, т.б. түрлерге бөлінеді. Транзистор қазіргі кездегі микроэлектроника құрылғыларының негізгі элементі болып табылады.

Екі немесе бірнеше электрлік р-п өткелі бар, қуатты күшейтуге жарайтын, үш немесе одан да көп сыртқы қосылғышы бар электрлік түрлендіргіш шала өткізгіш аспапты биполярлық транзисторлар дейміз. Транзисторларды қолданады күшейту және электрлік толқындарды генерациялау немесе электрлік тізбекті коммутациялау үшін қолданылады. Биполярлық транзисторыларды түрлеріне байланысты бөледі p-n-p және n-p-n типтерге, қуат бойынша (кіші , орташа және үлкен ), жұмыстық жиілік бойынша(төменгі, орташа және үлкен жиілікті) және де басқа жағдайлар бойынша. Суретте биполярлық транзистордың құрылымдық схемасы мен шартты белгісі көрсетілген.Электрлік қосылғышы бар кристаллдың ортанғы бөлімін база деп атаймыз (Б), тікелей қосылған өткелді – эмиттер дейміз (Э), екіншісі кері қосылғанды - коллектор деп атаймыз (К).Эмиттер, база және коллектор арасында екі р-п өткел бар, ол эмиттерлік өткел және коллекторлық өткел аталады.

1-сурет. Биполярлық транзистордың жалпы құрылымы:

1-эмиттерлік өткел (ЭӨ), 2-коллекторлық өткел (КӨ)

Транзистордың p-n-p және n-p-n типтерінің шартты белгілері:

2-сурет. Транзистордың p-n-p және n-p-n типтерінің белгіленуі

22. Биполярлық транзисторлар. Статикалық сипаттамалары, h-параметрі. Транзистордың жоғары жиілік және импульстік режимдерде жұмыс істеуі.

Транзисторларда бір-бірімен байланысты төрт шама бар. Олар: кіріс және шығыс тогы, сонымен қатар кіріс және шығыс кернеуі:

U_кір = U₁, I_кір = I₁, U_шығ = U₂, I_шығ = I₂.

Осы келтірілген параметрлерден басқа, транзисторларда басқа да параметрлер жүйесі қолданылады, ол жүйені транзистордың һ параметрі деп те атайды.

Транзистордың h-параметрін анықтау. Транзисторлар сұлбаларын есептегенде және анализдегенде транзистордың эквивалентті схемасын және оған арналған параметрлер жүйесіне сүйенеміз. Транзисторлардың физикалық параметрлер жүесінің кемшілігі, олардың ішінен барлығы да өлшене бермейді.h-параметрлер жүйесінде транзисторлардың параметрлері активті сызықты 4-ұштықты параметрлермен анықталады. h-параметрлер жүйесінде тәуелді емес айнымалы бойынша кіріс токты қабылдайды(I₁) және шығыс кернеу(U₂). Осыдан , U₁ = h₁₁ I₁ + h₁₂ U₂, I₂ = h₂₁ I₁ + h₂₂ U₂ біз төрт параметрді анықтаймыз ,ол қысқаша тұйықталу режимінде (U₂=0) және бос жүріс режимінде болады (I₁=0). h₁₁- кіріс сипаттамасы, h₁₂-кері байланыс коэффициентті, h₂₁- токты беру коэффициентті, h₂₂- шығыс өткізгіштік.

Һ параметрінің бұл түрлерінің әр қайсысына жеклей тоқталсақ:

1. Кіріс сипаттамасы:

h₁₁ = DU₁/DI₁ U₂ = const болғанда.

айнымалы кіріс тогына шығысында қысқа тұйықталу болатын, яғни шығысында айнымалы кернеу болмайтын транзистордың кедергісі болып табылады.

2. Кернеу бойынша кері байланыс коэффициенті:

h₁₂ = DU₁/DU₂ I₁ = const болғанда.

кірістегі айнымалы кернеудің кандай мөлшері кері байланыс салдарынан транзистордың кірісіне берілетінін көрсетеді.

3. Токтың күшейту коэффициенті (токты беру коэффициенті):

h₂₁ = DI₂/DI₁ U₂ = const болғанда.

жүктемесіз жұмыс істеу кезінде транзистордың айнымалы тогының күшейтуін көрсетеді.

4. Шығыс өткізгіштік:

h₂₂ = DI₂/DU₂ I₁ = const болғанда.

бұл, транзистордың шығыс қысқыштарының арасындағы айнымалы токтың өткізгіштігін сипаттайды.

Бұл параметрлердің ортақ эмиттер арқылы қосылу сұлбасында келесі теңдіктерді аламыз:

мұндағы

һ_11Э = DU_БЭ/DІ_Б U_КЭ = const;

h_12Э = DU_БЭ/DU_КЭ І_Б = const;

h_21Э = DI_К/DI_Б U_КЭ = const;

h₂₂ = DI_К/DU_К І_Б = const.

Коллекторлық ауысудың қызуына жол бермеу үшін одан коллекторлық ток өткенде шығарылатын қуатты белгілі бір максимал шамадан асырмау керек:

Сонымен қатар коллекторлық кернеуге де шектеулер бар:

және коллектролық ток үшін де:

23. Биполярлық транзисторлар. Қосу схемалары. Типтік қосылулардың эквивалент схемалары және олардың параметрлері

Транзистордың кез-келген қосылулары екі маңызды көрсеткішпен сипатталады:

· Ток бойынша күшейту коэффициенті І_шығ/І_кір;

· Кіріс кедергісі R_кір= U_кір/І_кір.

Ортақ базамен қосылу сұлбасы :

Бұл схема үшін, кіріс тогы эмиттер тогы болып саналады, ал шығыс – коллектор тогы болады.Дифференциалды R_кір транзисторы ОБ схемасында аз, ал R_шығ көп. Коллекторлық кернеу эмиттер тогына әсер етеді. ОБ сұлбасы диффернциалды тікелей токты беру коэффициентті сипатталады: α = ΔΙ_к / ΔΙ_э

Ток бойынша күшейту коэффициенті көп жағдайда бірден кіші болады:

Ток бойынша статикалық күшейту коэффициенті (токтың берілу коэффициенті), ОБ сұлбасында α деп белгіленеді. Ол жүктемесіз (Rж=0) режим үшін, яғни коллектор-база тұрақты кернеуі үшін анықталады: uк-б=const.

Статикалық күшейту коэффициенті α, 1-ге жақындаған сайын транзистор жақсара түседі. Ток бойынша күшейту коэффициентіki, α-дан аз мөлшерге кіші, сол себепті жүктеме Rжқосылғанда коллектор тогы азаяды.

Кернеу бойынша күшейту коэффициенті:

Қуат бойынша күшейту коэффициенті:

kp=ki · ku. екенін ескерсек, сонда .

Кіріс кедергісі :

Артықшылығы температура және жиіліктік сипаттамаларының икемділігі, сонымен қатар ОЭ сұлбасына қарағанда күшейтулердің аз бұрмалануы.

Кемшілігі ішкі кедергісінің төмендігі және база мен коллектордың түрлі қорек көзінен қоректенуі.

Ортақ эмиттер қосылу сұлбасы :

Базаның кішігірім тогы кіріс тогы болып саналды, ал шығыс- коллекторлық болады. ОЭ сұлбасы кернеу және токты күшейтеді . R_кір және R_шығ ОБ схемасына қарағанда көбірек. ОЭ сұлбасы диффернциалды тікелей токты беру коэффициентті сипатталады: β = ΔΙ_к / ΔΙ_б онда β = α / (1-α), егер ΔΙ_к / ΔΙ_б = 1/ α.

Ток бойынша күшейту коэффициенті ki– бұл кіріс және шығыс айнымалы ток амплитудаларының қатынасы:

.

Ток бойынша статикалық күшейту коэффициенті β жүктемесіз (Rж=0) режим үшін, яғни коллектор-эмиттер тұрақты кернеуі үшін анықталады: , при uк-э=const.

Кернеу бойынша күшейту коэффициенті айнымалы кернеудің амплитудалық немесе кіріс шығыс мәндерінің қатынасымен анықталады:

Қуат бойынша күшейту коэффициенті kpшығыс және кіріс қуаттарының қатынасымен анықталады. Бұл қуаттардың әрқайсысы ток пен кернеудің жартысына тең:

Сондықтан

Транзистордың тағы бір басты мәні ол – Ом заңы арқылы анықталатын кіріс кедергісі. ОЭ үшін:

ОЭ сұлбасының күшейтуі кезінде каскад кернеу фазасына бұрылады, яғни кіріс кернеуінің фазасын 180°-қа ығыстырады.

ОЭ сұлбасының артықшылығы – коллектордың және базаның бір қорек көзінен қоректенуі.

Кемшілігі – температуралық және жиіліктік сипаттамаларының нашарлығы. Жиіліктің аз ғана жоғарылауы оның күшейтуінің өте көп төмендеуіне алып келеді. ОЭ сұлбасының жұмыс істеу режимі температураға да өте көп байланысты.

Ортақ коллектормен қосылу сұлбасы :

Ортақ коллектор сұлбасында кіріс тогы база тогы болып есептелінеді, ал шығыс – эмиттер тогы болады.Бұл сұлба ток және қуат бойынша күшейтеді, бірақ кернеу бойынша күшейтпейді,сондықтан көп қолданбайды. ОК сұлбасында шығыс кедергісі аз және транзистордың барық қосылу сұлбасында кірісі көп . Бұл сұлба үшін тікелей токты беру коэффициетті:

ΔΙ_э / ΔΙ_б= β + 1

Кіріс кернеуі база-эмиттер және шығыс кернеуінің қосындысынан тұрады:

Ток бойынша күшейту коэффициенті:

Бұл схема ОЭ сұлбасының сипаттамаларына ұқсас.

Кернеу бойынша күшейту коэффициенті 1-ге жақын, бірақ әрқашан одан аз:

Қуат бойынша күшейту коэффициенті

Бұл сұлба эмиттерлік қайталағыш деп аталады. Өткені жүктеме кедергі эмиттерге қосылған және шығыс кернеуі эмиттерден бөлініп алынады.

Кіріс кедергісі:

ТРАНЗИСТОРДЫҢ СТАТИКАЛЫҚ СИПАТТАМАСЫ

Ортақ базамен транзистордың статикакалық сипаттамасы. Кіріс сипаттамсы – тұрақты шығыс кернеу кезінеде, кіріс кернеуден кіріс токтың тәуелділігі I_э=j(U_эб) тең болады U_кб –const болғанда. Шығыс сипаттамасы – I_к және U_кб.тәуелді I_к=j(U_кб) болғанда I_э = const.

Кіріс сипаттамасы Шығыс сипаттамасы

Ортақ эмиттермен транзистордың статикалық сипаттамсы. Кіріс сипаттмасы: I_б=j(U_бэ) болғанда U_кэ= const. Шығыс сипаттмасы тәуелділігі I_к және U_кэ , I_к=j(U_кэ) болғанда I_б = const

Кіріс сипаттамасы Шығыс сипаттамасы

Ортақ коллектормен транзистордың статикалық сипаттамсы.

Кіріс сипаттмасы тәуелділігі I_б және U_бк,

I_б=j(U_бк) болғанда U_эк = const

Шығыс сипаттамасы тәуелділігі I_б=j(U_кэ) болғанда I_б = const

24. Биполярлық транзисторлар. Олардың типтері мен ерекшеліктері. Басқармалы p – n өткелі бар биполярлық транзисторлар

25. Өрістік транзисторлар. Қосылу схемалары. Статикалық сипаттамалары мен параметрлері

Транзисторлардың өрістік деген түрі бар. Мұнда да биполярлы транзистордағы сияқты үш электрод бар. Бірақ мұнда олар жаппа (затвор), бастау (исток) және құйма (сток) деп аталады. Ал бастау мен құйманың ток жүретін арасын арна (канал) деп атайды. Бұл транзистордың тогы бекітпе мен бастаудың арасына берілген кернеудің әсерінен пайда болатын электр өрісі арқылы басқарылады. Сондықтан да оны өрістік транзистор дейді. Мұндай транзисторларда ток арна арқылы тек бір ғана түрлі зарядпен пайда болады (электрондармен немесе ойықтармен). Зарядтарды арнаға кіргізетін электродты бастау деп атаса, зарядтардың арнадан кететін электродын құйма деп атайды. Ал арнаның кедергісін реттейтін электрод бекітпе деп аталады. Осындай п типті арнасы бар, р - п асуы түріндегі бекітпесі бар өрістік транзистордын схемасы төмендегі 1-суретте берілген.

1-сурет.

1- суретте 1 - бастаудың ұшы; 2 - бекітпе; 3 - арна; 4 - бекітпенің ұшы; 5- кұйманың ұшы.

Арнасы п типті транзистордың негізгі заряд тасушылары электрондар, олар арнаның бойымен бастаудан кұймаға қарай ағылады. Бастаудың потенциалы төмен, ал құйманың потенциалы жоғары болады (U_қб > 0). Осылайша кұйма тогы пайда болады. Бастау мен р типті бекітпенің арасына р-п асуын жабатындай кернеу берілуі керек. Ол үшін бекітпенің потенциалы бастаудың потенциалынан төмен болуы керек (U_бек.б < 0). Арнасы р - типті транзисторда U_қб < 0 және U_бек.б > 0 болады.

Өрістік транзистордың жұмыс принципін төмендегі сурет
арқылы түсіндірейік (2- сурет).

2-сурет.

Мұнда қарапайымдылық үшін кұйма мен бастау біріктірілген, яғни U_қб = 0. Жабатын U_бек.б кернеуді берген уақытта р - п асуында жабатын қабат пайда болады. Бұл жабатын кабатта заряд тасымалдаушылар жоқ, сондықтан оның кедергісі өте жоғары. Бұл қабат арнаның өткізгіштік қабілетін төмендетеді.

Егер жабатын кернеу жоғарылайтын болса, онда арна да көбірек жабылады да, жабатын қабат ұлғаяды. Өте жогары U_бек.б кернеу кезінде жабатын кабат арнаны толық жауып тастайды да, оның кедергісі тез көтеріледі. Құйма мен бастаудың арасына кернеу қою транзистордың жұмыс принципін өзгерте алмайды, тек қана жабатын қабат пен арнаның түрі өзгереді.

Өрістік транзисторлардың оқшауланған бекітпелі дегені бар. Оның бекітпесі жартылай өткізгіш емес, металл. Сол металл бекітпе мен арнаның арасында жұқа диэлектрик орналастырылған. Ал р – п асуы деген мүлде жоқ. Осы диэлектрик бекітпе арқылы ағып кететін ақпа токтың шамасын әлдеқайда төмендете алады.

Өрістік транзисторлар кіретін кедергілері жоғары болатын күшейткіш каскадтарда, кілттік және де логикалық схемаларда пайдаланылады.

Төмендегі 3-суретте п-арналы өрістік транзисторлардың шартты бейнесі берілген. Ал р - арналы өрістік транзисторлардың шартты бейнесінде барлығы да осылай көрсетіледі, бірақ тек қана стрелкаларының бағыты қарама- қарсы болулары керек.

3-сурет.

3.а - суретте бекітпесі р - п асуы түріндегі п - типті өрістік транзистордың, ал 3.б - суретте бекітпесі оқшауланган п – типті өрістік транзистордың шартты түрде белгіленулері көрсетілген.

Жекелеген қақпасымен өрістік транзистор – бұл қақпасы арнадан диэлектрик қабатымен электрлік қатынаста бөлінген өрістік транзистор.

Жекеленген қақпасымен өрістік транзистор электр өткізгіштіктің қарама-қарсы типімен екі аумағы құрылған жартылай өткізгіштің біршама үлкен меншікті кедергісімен пластинадан тұрады (сурет 5.2). Бұл аумақтарға металдық электродтар – кіріс және шығыс қойылған. Кіріс және шығыс арасындағы өткізгіштің беті диэлектриктің жұқа қабатымен жабылған, әдетте кремний оксидінің қабатымен (SiO₂). Диэлектрик қабатына металдық электрод – қақпа қойылған. Сонда металдан, диэлектриктен, жартылай өткізгіштен тұратын құрылымды аламыз. Сондықтан жекеленген қақпасымен өрістік транзисторларды жиі МДЖ-транзисторлар (металл-диэлектрик-жартылай өткізгіш) немесе МОЖ-транзисторлар (металл-оксид- жартылай өткізгіш) деп атайды.

МДЖ-транзисторлар

МДЖ-транзисторларының екі түрі бар: индукцияланған және орнатылған арналармен.

n-арнамен р-типті жартылай өткізгіш негізінде орындалған МДЖ-транзисторының құрылымы 4-суретте көрсетілген. МДЖ-транзисторының жұмысы өріс әсеріне, яғни жартылай өткізгіштің үстіңгі аумағының өткізгіштігін үстіңгі потенциал арқылы өзгерту мүмкіншілігіне негізделген. Тоқ өтетін өткізу қабат арна деп аталады. Мұндан транзисторлар тобының тағы бір атауы – арналық транзисторлар. Жартылай өткізгіштің көлемінің және жекеленген электродтрадың (қақпамен) арасында потенциалдар айырымын жасағанда жартылай өткізгіштің бетінде жартылай өткізгіштің қалған көлемінде концентрациядан өзгешеленетін, - қақпада кернеуді өзгертіп, кедергісімен басқаруға болатын арнасы бар заряд тасушылар концентрациясымен қабат пайда болады.

Өріс әсерін туғызатын металдық электродты жаппа (З) деп атайды. Қалған екі электродты бастау (И) және құйма (С) деп атайды. Негізінде бұл электродтар қайырылады. Бастау – бұл өткізгіш арна арқылы заряд тасушылар қосылатын электрод. Құйма – бұл заряд тасушылар шығаратын электрод. Жаппа – электр сигнал берілетін электрод. Оны өткізгіш арнада кірістен шығысқа өтетін тоқ өлшемін басқару үшін қолданады. Егер арна n-типті болса, онда жұмыстық тасушылары – электрондар және шығыс қарама-қарсылығы оң.

4-сурет. n-арналы МДЖ транзисторының құрылымы

Өрістік қосылу сұлбалары және кіріс шығыс параметрлері

Өрістік транзисторлардың негізгі шамалары: сипаттаманың тіктігі S, күшейту коэффициенті μ ішкі кедергі R_i.

Өрістік транзистордың сипаттамасының тіктігі деп S шығыс тоғының өзгеруінің оның өзгеруіне әкелген U_си = const болғанда қақпадағы кедергісіне қатынасын айтады:

S = (dI_c/dU_зи)|U_си = const

Өрістік транзистордың күшейткіш коэффициенті μ деп S шығыс тоғының өзгеруінің оның өзгеруіне әкелген I_с = const болғанда қақпадағы кедергісіне қатынасын айтады:

μ = (dU_си/dU_зи)|I_с = const

Өрістік транзистордың ішкі кедергісі R_i деп S шығыс тоғының өзгеруінің оның өзгеруіне әкелген U_зи = const болғанда қақпадағы кедергісіне қатынасын айтады:

R_i = (dU_си/dI_с)|U_зи = const

Өрістік транзистордың күшейткіш коэффициенті, сипаттамасының тіктігі және ішкі кедергісі өзара арақатынаспен біріктірілген:

μ = S R_i

Температура өскенде тіктігі де, табалдырықты кедергісі де азаяды, оның үстіне бұл шамалардың азаюы тоққа кері бағыттарда әсер етеді. Тоқтың олар теңесетін I_c мәндері бар. Бұл тұрақты мәнді ауыспалы тоқ деп атайды. Ауыспалы тоқтың бар болуы – МДЖ–транзисторлардың маңызды ерекшелігі; ол жеңіл жолмен – жұмыс тоқты алумен температуралық тұрақтандыру мүмкіншілігін қамтамасыз етеді

Өрістік транзисторлардың сипаттамаларының жұмыс аумағы қазіргі заманғы өрістік транзисторлар үшін S = 0,3...30 мА/В, ал R_i бірнеше мегаом құрайтын динамикалық теңдік аумағы болып табылады. Өрістік транзисторлардың маңызды еркшеліктері олардың өте үлкен кіру кедергілері (10¹⁵ Ом-ға дейін) және шекті жиілігі (1 ГГц-қа дейін) болып табылады.

Қосу сұлбалары. Статикалық сипаттамалары және шектері.

Электронды сұлбаларда қолдану ерекшеліктері

Биполярлық транзисторларға ұқсастығына қарай тұрақты потенциал нүктесіне қандай электрод қосылғанына байланысты қосу сұлбаларын үшке бөледі: кірісті, шығысты және қақпалы.

Ортақ кіріс сұлбасы

Ортақ кіріспен сұлба биполярлы транзисторлар үшін ортақ эмиттермен сұлбаға сай келеді.

5-сурет. Ортақ бастау өрістік транзистордың қосылу сұлбасы

Айырмашылығы диод қақпа-арна жабулышы бағытта қосылған болады. Бұл жағдайда кіріс тоқ нольге жақын, ал кіріс кедергісі өте үлкен болады. Сұлбаның анализі үшін алдыңғы бөлімде биполярлық транзисторлар үшін алынған нәтижелерге қайтып оралуға болады. Транзисторлардың сипаттамаларын және кіші сигналдардың шамаларын салыстыру келесі сәйкестік кестесін береді:

I_К » I_С; I_Э » I_И ; I_Б » I_З ≈ 0.

Ортақ кіріспен сұлба үшін күшейткіш коэффициентінің максималды шамасы A = -S = -μ құрайды.

Күшейткіш коэффициенті 0,1I_СИ < I_С < I_СИ аралықта шығыс тоқтан тәуелсіз деуге болады және n- арналы өрістік транзисторлар үшін 100-ден 300-ге дейін құрайды. p-арналы өрістік транзисторлар үшін бұл өлшем шамамен екі есе кіші. Сонымен, өрістік транзисторлардың максималды күшейту коэффициенті биполярлы транзисторлардың максималды күшейту коэффициентінің шамамен оныншы бөлігін құрайды.

Сызықты емес қателіктердің коэффициенті, биполярлы транзисторларда сияқты кіру амплитудасына пропорционалды, бірақ ол жұмыс нүктесінің орналасуына тәуелді. Ол √I_C шамаға кері пропорционалды.

Бұл коэффициент 1%-дан кіші болу үшін, кіру сигналдың амплитудасының шамасы 66мВ-тан үлкен болмау керек. Каскадтың кернеумен күшейткіш коэффициенті 20-ға тең болған кезде, шығу сигналдың амплитудасы шамамен 1,3 В-ті құрайды. Бұл өлшем ұқсас қосу сұлбамен биполярлы транзисторлардан әлдеқайда үлкен .

Өрістік және биполярлық транзистордың шулық сипаттамасының айырмашылығы маңызды. Өрістік транзисторда шулы тоқ биполярлыққа қарағанда біршама аз, онда шудың кернеуі сияқты бағыттаушы p-n-өткізгіш транзистор үшін маңызды, тәртіп мәні бір немесе сондай болады.

МЖЖ-транзисторда шулық фактор I/f 100 кГц тәртіп жиілігінің басталуынан байқалады. Сондай үлгімен МЖЖ-транзисторлар аз жиілікті аумақта өрістік транзисторлар бағыттаушы p-n-өткізгіштен «шулауы» біршама күшті, сондықтан оны тек қана жоғарғы жиілікті аз шулайтын мақсаттағы құрылғыларды қолданылады.

Жалпы қақпамен сұлбасы

Ереже бойынша өрістік транзистордың жалпы қақпамен сұлбасы үшін тіпті ұқсамайды, осыдан осы қосылыста қақпа-кіру транзистордың тізбегінің құрамына жоғарғы омдық қолданылмайды.

Жалпы шығыспен сұлбасы (кірулік қайталану).

Жалпы кіріспен сұлбасына қарағанда жалпы шығыстың сұлбасы біршама жоғарғы кіру кедергіге ие болады. Көпшілік жағдайдың бірінде ол қаншалықты үлкен болса да және жалпы кіру сұлбасы үшін де бұл маңызды мән берілмейді. Бұндай сұлбаның артықшылығы каскадтың кіру сыйымдылығын елеулі азайтудан тұрадады. Ерекшелігі эмиттерлік қайталанудан шығу кедергісі сигнал көзіндегі төменгі кедергіден қайталануы әсер етпейді.

Күшейткіш коэффициенттің және кіріс қайталағыштың шығу кедергісінің типтік мәндерін сандық мысалмен дәйектеуге болады. Транзистордың сипаттамасының 5 мА/В тіктігі және кіріс тізбегінің кедергісі R_И=1кОм кезінде

Бұл мысалдан кіріс қайталағыш эмиттерлі қайталағыштағыдай сондай кіші шығыс кедергі шамаларын ала алмайтындығын көреміз. Мұның себебі өрістік транзисторлардың биполярлық транзисторларға қарағанда тіктігінің аз болуы.

6-сурет. Өрістік транзистордың ортақ құйма және ортақ жаппамен қосылу сұлбасы

7-сурет. Өрістік транзистордың ВАС-ы

26. Фильтрлер. Олардың түрлері мен аналогтық схемалары.

27. Аналогтық сигналдар генераторлары. Стандартты импульстер генераторының схемасы.

28. Потенциалдың контакттілі айырмасы, оның Шоттки диодында қолданылуы.

29. Өткізгіштерде, шалаөткізгіштерде және изоляторлардағы валенттік электрондардың знергетикалық деңгейлері.

30. Шалаөткізгіштердегі өткізгіштіктік түрлері. Меншікті және қоспалы өткізгіштік.

31. Кіріс сигналын 10 есе күшейтетін иверттемейтін күшейткіш схемасын сызыңыз.

K=(Roc+R1)/R1

K=10

Roc=90 кОм

R1=10 кОм

32. Кіріс сигналын 10 есе күшейтетін иверттейтін күшейткіш схемасын сызыңыз.

K=-(Roc/R1)

K=10

Roc=100 кОм

R1=10 кОм

33. 3x+5y түрінде берілген өрнекті модельдейтін схема сызыңыз

34. 3x-5y түрінде берілген өрнекті модельдейтін схема сызыңыз

35. -3x-5y түрінде берілген өрнекті модельдейтін схема сызыңыз

36. 2x+5y=0 және x-3y=0 түрінде берілген алгабралық теңдеулер жүйесін шешетін схеманы сызыңыз

37. 2x-5y=0 және x+3y=0 түрінде берілген алгабралық теңдеулер жүйесін шешетін схеманы сызыңыз

38. 4x+y=0 және 3x-5y=0 түрінде берілген алгабралық теңдеулер жүйесін шешетін схеманы сызыңыз

39. 4x-y=0 және 3x+5y=0 түрінде берілген алгабралық теңдеулер жүйесін шешетін схеманы сызыңыз

40. 5x-10y=100, 20x+50y=40 түрінде берілген алгабралық теңдеулер жүйесін шамасы 10-ға тең болатындай масштабтық коэффициентпен шешетін схеманы сызыңыз.