СИЛЛАБУС 3 page

Эпитаксия деп, шала өткізгіш төсеніштің үстіне оның кристалдық құрлымымен құрылымын бірдей болғызып зат молекулаларының қабыршық қабатын отырғызу әдісін айтады.

1 – сурет

Жасалу технологиясына байланысты транзисторлардың базаларының қоспалары мен олардың концентрацияларының шоғырлануы біркелкі немесе біркелкі емес болуы мүмкін.

Егер базадағы қоспалары мен олардың концентрациясы біркелкі болса, онда базаға келген негізгі емес заряд тасымалдаушылардың саны артады да, олар диффузиялық қозғалысқа енеді, яғни ауысу арқылы диффузияланады. Диффузия процесі жүрілу үшін негізгі және негізгі емес заряд тасымалдаушылардың концентрациясы бірдей болмауы керек. Мұндай процеске негізделген транзисторды диффузиялық транзистор деп атайды.

Базасына диффузиялық әдіпен береген (донорлық) және алаған (акцепторлық) қоспалар енгізілген, яғни базасы бір текті емес транзисторлар да болады. Бірақ мұндағы береген қоспаның концентрациясы алаған қоспадан көп болады. Транзисторлардың базаларының қоспалары біркелкі емес шоғырлануына байланысты ауысу аймағында ішкі электр өрісі пайда болады. Енді осы электр өрісі қалай пайда болатындығына аздап тоқталайық. Мәселен текті транзисторды алып қарастыратын болсақ, онда қоспалардың базада біркелкі шоғырланбауына байланысты базадағы еркін электрондардың концентрациясы ондағы береген қоспаның концентрациясымен тең бола алмайды. Сондықтан еркін электрондардың біраз бөлігі ауысудың эмиттер жағынан коллектор жағына диффузиялық жолмен өтеді. Сөйтіп, ауысудың эмиттер жағы оң, ал коллектор жағы теріс зарядталады. Осылайша қарама-қарсы зарядталған қабаттың аралығында күш сызықтары эмиттерден коллекторге қарай бағытталған электр өрісі қалыптасады. Осы бағытта кемтіктердің қозғалуына мүмкіндік туады. Осы өрістің әсерінен базадағы негізгі емес заряд тасымалдаушылардың қозғалысын дрейфтік, ал мұндай процеске негізделген транзисторды дрейфтік транзистор деп атайды.

Дрейфтік транзисторлардың диффузиялық транзисторлардан бірнеше артық жақсылық жақтары бар:

1) жұмыс жиілігі жоғары;

2) паразиттік сыйымдылығы кіші.

Кемшілік жағына тоқталатын болсақ, эмиттерлік аусыуға берілетін кернеудің мәні аз, коллектрінің ішкі кедергісі үлкен.

Негізгі әдебиет: [4-5]

Қосымша әдебиет: [ 2]

Бақылау сұрақтары:

1. Дрейфтік транзистор дегеніміз не?

2. Биполярлы транзисторлар дегеніміз не?

Дәріс 8.

Тақырып: Жапқысы оқшауланған өрістік транзистор

Қарастырылатын сұрақтар: өрістік транзисторлар түрлері, олардың электрлік сұлбалары.

Дәріс мазмұны: Жапқысы оқшауланған өрістік транзисторларды көбінесе МДШ транзисторлар деп атайды. Бұлайша аталуының себебі мұнда М-металл, Д-диэлектрик, Ш-шалаөткізгіштің түйіспелерін пайдаланады. МДШ қысқаша металл - диэлектрик- шалаөткізгіш деген ұғымды білдіреді.

МДШ транзисторлар арнасының сипатына байланысты екі түрге бөлінеді:

1) бастау мен құйманы тура қосатын өткізгіштік арнасы бар МДШ транзисторлар:

2) жапқының кернеуі (электр өрісі) арқылы пайда болған индукциялық арнасы бар МДШ транзисторлар.

Бастау мен құйманы тура қосатын өткізгіштік арнасы бар МДШ транзисторлардың құрылымы төмендегі 1а-суретте көрсетілген.

Бұл транзистордың бастауы мен құймасы екеуі де тектес шала өткізгіштен жасалған. Олардың арасы дәл осы шала өткізгішпен тура қосылған, ол өткізгіш арнаның міндетін атқарады. Арнаның өткізгіштік қасиеті жапқыға берілген кернеудің шамасы мен оның полярлығына байланысты өзгереді. Егер жапқыға теріс потенциал берілсе, онда ол арнаның негізгі заряд тасымалдаушы электрондарын кері итереді. Арна арқылы бастаудан құймаға қарай қозғалатын электрондардың жүрісі тежеледі де ток жүрмейді.

1 - сурет

Ал егер жапқыға оң потенциал берілсе, онда ол арнаның негізгі заряд тасымалдаушы электрондары жапқыға қарай тартылып, арна арқылы бастаудан құймаға қарай қозғалатын электрондардың жүрісі жеңілдейді, арнаның өткізгіштігі артады, демек құйманың тогі өседі.

2а-суретте өткізгіштік арнасы бар МДШ транзисторлардың құймалық (шығыс) сипаттамысы, ал 2ә-суретте бастау-жапқылық (кіріс) сипаттамысы келтірілген. Егер болса, онда арна арқылы тек оның өткізгіштігіне байланысты ток жүреді. Сипаттаманың 0-б бөлігінде арнаға түсетін кернеуінің мәні аз, токтің мәні оған сызықты тәуелділікпен өзгереді. нүктеге жақындаған сайын арнаға түсетін кернеуінің мәні артады, сонымен бірге арнаның өткізгіштігі де жақсарады. нүктеге жеткеннен кейін арна жіңішкеріп, арнадағы ток қанығу мәніне жетеді.

Енді кернеуінің кіріс сипаттамаға әсерін бақылайық (3ә-сурет). Егер жапқыға кернеу берілсе, онда оның өрісі арнадағы электрондарды кері итереді. Арнаның өткізгіштігі кемиді. Сондықтан мәндерінің тәуелділік сипаттамасының қисықтары тәуелділік сипаттамасының қисығынан төмен жатады. Егер болса, онда арнаның өткізгіштігі артады да оның сипаттамасының қисығы тәуелділік қисығынан жоғары шығады. Себебі, арнадағы электрондардың концентрациясы молаяды.

2 - сурет

Жоғарыда 3ә-суретте көрсетілген индукциялық арнасы бар МДШ транзисторлардың құрылымымен танысайық. Мұнда бастауы мен құйманы қосып тұрған өткізгіштік арна жоқ. Егер мұндай транзистордың жапқысына оң потенциал берілсе (құймаға салыстырғанда), онда жапқының өрісі электрондарды өзіне қарай тартады. Олар жапқының астына жиналады. Мұндағы жапқы-металл, ал оның астында диэлектрик қабат орналасқан. Металл және диэлектриктің аралығында пайда болатын электр өрісінің сипаттамасы алдыңғы тақырыпта айтылған. Осыған ұқсас жапқыда пайда болған электр өрісі бастаудан шыққан электрондарды құймаға жеткізетін арна ашып береді (3ә-суреттегі үзік сызық). Электр өрісінің әсерінен пайда болған бұл арнаны индукциялық арна дейді.

Индукциялық арнасы бар МДШ транзисторлардың шығыс және шығыс сипаттамалары жоғарыдағы 4.а және ә-суреттерде көрсетілген.

Индукциялық арнасы бар МДШ транзисторлардың сипаттамалары өткізгіштік арнасы бар МДШ транзисторларға ұқсас екенін байқауға болады.

а) - ауысуы басқармалы арнасы текті өрістік транзистор;

ә) - ауысуы басқармалы арнасы текті өрістік транзистор;

б) - арнасы текті МДШ транзистор;

в) - арнасы текті МДШ транзистор.

4-сурет

Өрістік транзисторлардың шартты белгілері:

5-сурет

Негізгі әдебиет: [4-5]

Қосымша әдебиет: [ 2]

Бақылау сұрақтары:

1. металл - диэлектрик- шалаөткізгіш дегеніміз не?

2. индукциялық арнасы бар МДШ транзисторлар дегеніміз не?

Дәріс 9.

Тақырып: Алмастырып қосушы аспаптар -тристорлар

Қарастырылатын сұрақтар: тиристорлар, динисторлар, тринисторларға түсініктеме.

Дәріс мазмұны: Әр текті шала өткізгіштерді олардың сипаттамалары (ток күшінің кернеуге тәуелділігі) кенет және шапшаң өзгеретіндей етіп өзара түйістіріп қосуға болады. Ондай аспаптар арқылы электрлік жүйелердің тетіктерін тез арада, автоматты түрде алмастырып қосуға немесе ток көзіне әр түрлі қосуға өте ыңғайлы. Мұндай аспапты тиристор деп атайды. Тиристорды тор арқылы басқарылатын иондық прибордың, яғни тиратронның шала өткізгіштік түрі ретінде қабылдауымызға болады.

Тиристордың төрт және қабаттары, үш ауысуы болады (1-сурет). Ең сыртқы шетіндегі қабаты анодтың, келесі сыртқы қабаты катодтың, ал оған көршілес орналасқан қабаты басқарушы электродтың міндетін атқарады.

Тиристордың екі түрі бар. Екі электродты (Анод және катод) құрылымды тиристорды динистор, үш электродты құрылымды (Анод, катод және басқарушы электрод) тиристорды тринистор немесе триодтық тристор деп атайды.

1 - сурет

Динисторды электродтарына берілген кернеудің полюстерін өзгерту арқылы жүйеге қосуға немесе ажыратуға болады. Ал тринистор басқарушы электродына берілген басқарушы токтің көмегімен ашық күйден жабық күйге көше алады. Динистордың жұмыс принципімен, яғни вольт-амперлік сипаттамасымен танысайық (2-сурет).

Тура кернеудің мәні аз болған жағдайда ауысулар арқылы өтетін инжекциялық тоқтің мәні де аз (сипаттаманың 1 бөлігі). Енді сырттан берілетін кернеудің шамасын мәніне дейін арттырайық. Иондық соққының әсерінен заряд тасымалдаушылардың саны молаяды. ауысулардың потенциалдық тосқауылы кемиді, ішкі кедергі тез азаяды, нәтижесінде токтің шамасы мәніне дейін кенет артады (сипаттаманың 2 бөлігі).

2 - сурет

Осыдан кейін жүйеде ( ауысуларда) шамасы жоғары, бірақ мәні теріс кедергі пайда болады, заряд тасымалдаушылардың саның өсуі шектеледі. Динистор өте тез арада жабық күйден (сипаттаманың 3 бөлігі) ашық күйге өтеді. Ашық күйдегі (сипаттаманың 4 бөлігі) динистордың кедергісі өте аз, бірақ мәні оң болады. Динистор қуатты алмастырып қосушының міндетін атқарады.

Жоғарыдағы тиристордың тізбекке динистор ретінде (3а-сурет) және тринистор ретінде (3ә-сурет) қосылуының сұлбасы берілген.

және текті екі транзисторды біріктіру арқылы да тиристорды жасауға болатындығын 3б-суреттен көруге болады.

Тринистордың динистордан ерекшелігі оның басқарушы электродына сырттан берілетін қуаты аз кернеу арқылы үлкен қуатты электрлік жүйені үлкен жылдамдықпен басқаруға болатындығында.

Төрт электродты құрылымды шала өткізгіш аспаптарды тетристор немесе бинистор деп атайды. Олардың вольт-амперлік сипаттамасы, яғни жұмыстау принциптері динистор мен тринисторға ұқсас.

3-сурет

Негізгі әдебиет: [4-5]

Қосымша әдебиет: [ 2]

Бақылау сұрақтары:

1. Динисторлар дегеніміз не?

2. Тиристорлар дегеніміз не?

Дәріс 10.

Тақырып: Оптоэлектрондық қондырғылар

Қарастырылатын сұрақтар: фотоөткізгіштер түрлеріне түсінік, шала өткізгіш фотоэлементтерге сипаттама.

Дәріс мазмұны: Ішкі фотоэффект көптеген шала өткізгіштерде және аздап кейбір диэлектриктерде байқалады. Қалыпты жағдайда шала өткізгіштердің еркін заряд тасымалдаушыларының (электрондар мен кемтіктер) саны өте аз, ал меншікті кедергілерінің мәндері өте үлкен болатыны белгілі. Бірақ олардың валенттік электрондарының атоммен байланысы әлсіз, сондықтан жарық энергиясының әсерінен атоммен байланысы оңай үзіліп, еркін заряд тасымалдаушыларға айналады. Сөйтіп, жарықтың әсерінен электрондар валенттік аумақтан өткізгіштік аумақа көшіп, шала өткізгіштің өткізгіштік қасиетін жақсартады. Мұндай жарықтың әсеріне тәуелді өткізгіштікті фотоөткізгіштік дейді.

Ішкі фотоэффектге негізделген фотоэлементтерді шала өткізгіш фотоэлементтер деп атайды.

Ішкі фотоэффектге негізделген шала өткізгіш фотоэлементтердің сыртқы фотоэффектге негізделген вакуумдық фотоэлементтерден ерекшелігі, олар сыртқы ток көзін қажет етпейді, жарық энергиясын өздігінен электр энергиясына түрлендіреді.

Шала өткізгіштің фотоөткізгіштік қасиетіне негізделіп жасалған фотоэлементтерді, фотокедергілер немесе фоторезисторлар деп атайды.

Қарапайым фоторезистор екі жағында ток өткізгіш электроды бар шала өткізгіш кристалдан жасалады (1а-сурет). Кейде шала өткізгіш кристалл оқшаулағыш пластинканың бетіне жапсырылады (1а-сурет).

Фоторезистордың жарық сезгіш кристалы ретінде кремний, селен, күкіртті таллий, күкіртті висмут, күкіртті кадмий т.б. шала өткізгіш заттарды пайдаланады. Олардың әрқайсысы жарық спектрінің өзіне тән аумағында жұмыстайды. Мысалы, кристалына толқын ұзындығы 0,5 мкм жарық түскен кезде, оның кедергісі миллион есе кемиді.

а) ә)

1-шала өткізгіш кристал, 2-электродтар, 3-оқшаулағыш пластинка.

1-сурет

Фоторезистордың көрсеткіштеріне олардың энергетикалық және вольт-амперлік сипатамалары жатады (2-сурет).

а) ә)

2-сурет

Фоторезистордың энергетикалық сипатамасынан резистор арқылы жүретін фототоктың шамасы, резисторға түскен жарық ағынының шамасы тым жоғары болмаған жағдайда оған тура пропорционал (2а-сурет), ал сырттан берілген кернеудің мәніне де тура пропорционал (2а-сурет) қатынаста болатынын көреміз. Жарықтың әсерінен, жарық ағынының шамасына тура пропорционал қатынас бойынша еркін заряд тасымалдаушыларының концентратциясы артады. Демек токтің мәні де осы заңдылық бойынша өзгереді.

Фоторезисторға жарық түспеген кезде, резистор арқылы шамалы ғана ток жүреді, оны қараңғылық ток дейді. Қараңғылық тогі еркін заряд тасымалдаушыларының жылулық қозғалысына байланысты туады.

Фототок фоторезистордың материалының тегіне және оған түсен жарық ағынының спектрлік құрамына тәуелді. Мәселен фотоэффектілік қызыл шегі сульфид-кадмийде 0,8 - 0,9 мкм, селен-кадмийде 3,3 мкм, ал селен-қорғасында 4,6 мкм. Фоторезистордың сезгіштігі көрінетін жарықтың аумағында 10⁴мА/лм – ге дейін жетеді. Олардың кейбіреулері толқын ұзындығы 40 мкм – ге дейінгі ИҚ сәулелерді сезеді. Рентген сәулелерін сезетін фоторезисторлар да бар.

Ішкі фотоэффектіні жарық энергиясын электр энергиясына айналдыру үшін қолданады. Шала өткізгіш фотоэлементтің ауысымында жарық сәулесінің әсерінен э.қ.к. пайда болу құбылысын фотогальваникалық эффект, бұл құбылысқа негізделіп жасалған элементті күн батарейі деп атайды.

3-суретте берілген күн батарейінің құрылымымен танысайық. Онда -текті кристалл қалыңдығы бір микрондай ғана - текті жұқа қабатпен қапталған. Оларды сыртқы жүйеге қосатын электродтары бар. Қалыпты жағдайда барлық компенсацияланбаған зарядтар ауысымға шоғырланады да және - текті аймақтарда нейтраль күй қалыптасады.

3-сурет

Элементтің бетіне жарық түскен кезде сыртқы - текті қабатта электрон-кемтік жұптары пайда болады, бұл қабат өте жұқа болуына байланысты олардың көбі рекомбинацияланып үлгермей ауысымға келіп жетеді. Олар мұнда екіге ажырайды. Өріс әсерінен электрондар аймаққа, ал кемтіктер аймаққа қарай өтеді. Сүйтіп, электродтардың аралығында шамасы 0,5 В болатын э.қ.к. пайда болады. Егер электродтарды тұйықтасақ онда, жарықтанылған беттің әрбір сантиметр квадрат ауданы жарық ағының шамасына байланысты 25 мА-ге дейін ток жүруін қамтамасыз етеді. Көптеген элементтерден құралған күн батарейінің осы заманда энергияның маңызды бір көзі болып есептеледі. Ғарыш кемелерін электр энергиясымен тек күн батарейлері ғана қамтамасыз етеді.

Негізгі әдебиет: [4-5]

Қосымша әдебиет: [ 2]

Бақылау сұрақтары:

1. Электрон-кемтік жұптары дегеніміз не?

2. Қараңғылық ток дегеніміз не?

Дәріс 11.

Тақырып: Электрондық күшейткіштер

Қарастырылатын сұрақтар: төменгі және жоғарғы жиілікті күшейткіштер және оларға сипаттама.

Дәріс мазмұны: Кез келген мамандыққа байланысты қандай бір жұмысты атқару барысында электрлік емес шамаларды өлшеу үшін оларды электрлік шамаларға түрлендірген жағдайда жұмысты автоматтандыруға мүмкіндік туады. Электрлік емес шамаларды электрлік әдіспен өлшеу ғылым мен техникада, өнеркәсіп салаларында өте көк кездеседі. Мұндағы сигналдар деп аталатын электрлік шамалар көбінесе өте әлсіз болып келеді. Сондықтан, ондай сигналдардың кернеуін, тогін және қуатын күшейту үшін электрондық күшейткіштер деп аталатын электрондық құрылғыларды пайдаланады. Электрондық күшейткіштер биполярлық транзисторлар, өрістік транзисторлар және интегралдық микросұлбаларға негізделеді. Жалпы электрондық күшейткіштер сигналды коректендіруші ток көзінің э.қ.к-нің энергиясының есебінен күшейтеді, қуатын арттырады.