Turinys
1.1. Mažos galios žemo dažnio vienos pakopos dvipolių tranzistorių schemos 31.1.1 Tranzistorių veikimo principai 31.1.2 Maitinimo įtampos 61.1.3 Npn ir pnp struktūros tranzistoriai 71.1.4 Dvipoliai tranzistoriai 71.1.5 Dvipolių tranzistorių sandara ir veikimas 81.1.6 Tranzistorių veikla 111.1.7 Dvipolių tranzistorių jungimo schemos 111.1.8 Žemo dažnio tranzistoriai 131.1.9 Tranzistorių klasifikacija 141.1.10 Keturių elementų žymėjimo sistema 141.1.11 Pnp struktūros tranzistoriai MP39Б, MP40A, MP41A 151.1.12 Dvipolių tranzistorių mažų signalų modeliai 161.1.13 Dvipolių tranzistorių schemų projektavimo ypatumai 171.1.14 Tranzistoriaus parametrų analizė 221.1.15 Nuolatinės srovės parametrai 221.1.16 Silpnųjų signalų parametrai 231.1.17 Dažniai parametrai 251.1.18 Stipriųjų signalų parametrai 251.1.19 Ribinių režimų parametrai 261.1.20 Tranzistoriaus jungimo ir veikos variantai 261.1.21 Tranzistoriaus ekvivalentinių schemų analizė 281.1.22 Principinių schemų sudarymas 281.1.23 Principinių schemų parametrų skaičiavimas 281.1.24 Schemos dinamikos įvertinimas 321.1.25 Praktinės schemos konstravimo principai 321.1.26 Schemos parametrų matavimo būdai 321.1. Sąvokų žodynėlis 321.1. Literatūra: 33
1.1. Mažos galios žemo dažnio vienos pakopos dvipolių tranzistorių schemos1.1.1 Tranzistorių veikimo principaiIšnagrinėsime dipolio tranzistoriaus veikimo principą, pasinaudoję 1.2.1. paveiksle pateikta schema. Paveiksle matyti, kad tranzistorius yra du puslaidininkiai diodai, turintys vieną bendrą bazę (pagrindą); be to, prie emiterinės pn sandūros prijungta įtampa E1 tiesiogine (laidžia) kryptimi, o prie kolektorinės sandūros prijungta įtampa E2 atgaline kryptimi. Paprastai lE2l»lE1l. sujungus jungiklius J1 ir J2, iš emiterio į bazės sritį pro emiterinę pn sandūrą vyksta skylių injekcija. Kartu bazės elektronai juda į emiterio sritį. Vadinasi, pro emiterinę sandūrą teka srovė šiuo keliu: +E1, miliampermetras mA1, emiteris, bazė, miliampermetras mA2, jungikliai J2 ir J1, -E1.Jei išjungtume jungiklį J1, o jungiklius J2 ir J3 įjungtume, kolektoriaus grandinėje tekėtų tik nestipri atgalinė srovė, sukurta kryptingai judančių nepagrindinių krūvininkų – bazės skylių ir kolektoriaus elektronų. Srovės kelias: +E2, jungikliai J3 ir J2, miliampermetras mA2, bazė, kolektorius, miliampermetras mA3, -E2.Dabar išnagrinėsime, kaip teka srovės tranzistoriaus grandinėse, kai įjungti visi jungikliai. Prijungus tranzistorių prie išorinių maitinimo šaltinių, pakinta pn sandūrų potencialinių barjerų aukštis. Emiterinės sandūros potencialinis barjeras pažemėja, o kolektorinės – paaukštėja.Pro emiterinę sandūrą tekanti srovė vadinama emiterio srove (Ie). Ši srovė lygi skylinės ir elektroninės dedamųjų sumai: Ie = Iep + Ien. Jei skylių ir elektronų koncentracijos bazėje ir emiteryje būtų vienodos, pro emiterinę sandūrą tekančią tiesioginę srovę kurtų vienodas skaičius skylių ir elektronų, judančių priešingomis kryptimis. Tačiau krūvininkų koncentracija bazėje yra daug mažesnė nei emiteryje. Todėl iš emiterio į bazę injektuotų skylių yra daug kartų daugiau nei priešinga kryptimi judančių elektronų. Vadinasi, beveik visą pro emiterinę pn sandūrą tekančią srovę nulemia skylės. Emiterio efektyvumas įvertinamas injekcijos koeficientu (γ), kuris pnp tipo tranzistoriams lygus emiterio srovės skylinės dedamosios ir visos emiterio srovės santykiui:
Šiuolaikinių tranzistorių koeficientas γ paprastai mažai skiriasi nuo vieneto (γ ≈ 0,999).Pro emiterinę pn sandūrą injektuotos skylės prasiskverbia į bazės gilumą. Atsižvelgiant į krūvininkų judėjimo bazės srityje mechanizmą, skiriami dreifiniai ir difuziniai tranzistoriai. Difuziniuose tranzistoriuose nepagrindiniai krūvininkai pro bazės sritį prasiskverbia daugiausia difuzijos būdu. Tokie tranzistoriai paprastai gaminami įlydimo būdu. Dreifinių tranzistorių bazės srityje tinkamai paskirsčius priemaišas, sukuriamas vidinis elektrinis laukas ir nepagrindiniai krūvininkai pro bazę prasiskverbia daugiausia dreifo būdu.Nors ir skirtingai pro bazę prasiskverbia krūvininkai, ir dreifiniuose, ir difuziniuose tranzistoriuose skylės, patekusios į bazę, kurioje jos yra nepagrindiniai krūvininkai, rekombinuoja, bet rekombinacija – ne staigus procesas. Todėl beveik visos skylės spėja praeiti labai ploną bazės sluoksnį ir pasiekti kolektorinę pn sandūrą anksčiau, nei įvyksta rekombinacija. Kolektorių pasiekusias skyles pradeda veikti kolektorinės sandūros elektrinis laukas. Šis laukas greitina skyles, ir jos greitai įtraukiamos iš bazės į kolektorių (įvyksta ekstrakcija) ir kuria kolektoriaus srovę. Kolektoriaus srovė teka grandine: +E2, jungikliai J3 ir J1, miliampermetras mA1, emiteris, bazė, kolektorius, miliampermetras mA3, -E2 (žr. 1.2.1. pav.).Kadangi bazės srityje mažai skylių rekombinuoja, galima laikyti, kad kolektoriaus srovė Ik maždaug lygi emiterio srovei Ie: Ik Ie (15.1)Skylės, vis dėlto rekombinavusios bazės srityje, sukuria bazės srovę Ib, kuri teka grandine:+E1, miliampermetras mA1, emiteris, bazė, miliampermetras mA2, jungikliai J2 ir J1, -E1.vadinasi, bazės srovė lygi emiterio ir kolektoriaus srovių skirtumui: Ib = Ie – Ik (15.2)Nesunku pastebėti, kad emiterio srovė, matuojama miliampermetru mA1, lygi sumai bazės ir kolektoriaus srovių, kurios matuojamos atitinkamai prietaisais mA2 ir mA3, t. y.: Ie = Ib+Ik (15.3)Būtina atkreipti dėmesį į tai, kad, nors elektronai ir skylės juda priešingomis kryptimis, tranzistoriaus grandinėse srovės teka tam tikra kryptimi, sutampančia su teigiamo ženklo krūvių – skylių judėjimo kryptimi. Mat priešingas elektronų ir skylių judėjimo kryptis kompensuoja jų priešingi krūviai. Vadinasi, nagrinėjant, kaip susidaro srovės tranzistoriaus grandinėse, kalbama ne apie elektroninės ir skylinės srovių dedamųjų skirtumą, o kaip tik apie jų sumą.
Krūvininkų rekombinacijos bazėje įtaka tranzistoriaus stiprinimo savybėms įvertinama krūvininkų pernešimo koeficientu, kuris rodo, kokia iš emiterio injektuotų skylių dalis pasiekia kolektorinę sandūrą. Šį koeficientą galima apskaičiuoti iš formulės: Ikp / Iep (15.4)Pernešimo koeficientas būna tuo artimesnis vienetui, kuo plonesnis bazės sluoksnis ir kuo mažesnė elektronų koncentracija bazėje, lyginant su skylių koncentracija emiteryje.Vienas iš pagrindinių tranzistoriaus parametrų yra emiterio srovės perdavimo koeficientas, kuris lygus kolektoriaus srovės ir emiterio srovės pokyčių santykiui, esant pastoviai kolektorinės sandūros įtampai: Ik / Ie (15.5)Šį koeficientą galima išreikšti per ir šia priklausomybe: (15.6)Kadangi ir mažesni už vienetą, tai ir emiterio srovės perdavimo koeficientas taip pat ne didesnis už vienetą. Paprastai = 0,95 0,99. Juo didesnis koeficientas , juo mažiau viena nuo kitos skiriasi emiterio ir kolektoriaus srovės ir juo efektyviau galima panaudoti tranzistoriaus stiprinimo savybes.Kadangi kolektoriaus grandinėje teka ne tik skylių iš bazės į kolektorių ekstrakcijos nulemta srovė, bet ir savoji atgalinė kolektorinės sandūros srovė Ikb0, tai bendroji kolektoriaus srovė: Ik Ie+Ikb0 (15.7)Tačiau, kadangi srovė Ikb0 nestipri, tai galima laikyti, kad: Ik Ie (15.8)Iš (15.8) išraiškos išplaukia, kad tranzistorius yra valdomas prietaisas, jo kolektoriaus srovė priklauso nuo emiterio srovės stiprumo.Atsižvelgiant į įtampų, prijungtų prie tranzistoriaus emiterinės ir kolektorinės sandūrų, poliarumą, skiriami keturi jo darbo režimai:Aktyvinis režimas. Prie emiterinės sandūros prijungta tiesioginė įtampa, o prie kolektorinės – atgalinė. Šis režimas yra pagrindinis tranzistoriaus darbo režimas. Kadangi kolektoriaus grandinės įtampa gerokai didesnė nei prie emiterinės sandūros prijungta įtampa, o srovės emiterio ir kolektoriaus grandinėse praktiškai lygios, tai reikia tikėtis, kad naudingo signalo galia schemos išėjime (kolektoriaus) grandinėje bus daug didesnė nei tranzistoriaus įėjimo (emiterio) grandinėje. Kaip tik šią hipotezę reikia laikyti pagrindu, toliau nagrinėjant tranzistoriaus stiprinimo savybes.Nukirtimo režimas. Prie abiejų sandūrų prijungtos atgalinės įtampos. Todėl pro jas teka tik nestiprios nepagrindinių krūvininkų judėjimo nulemtos srovės. Praktiškai nukirtimo režime tranzistorius yra uždarytas.Soties režimas. Prie abiejų sandūrų prijungtos tiesioginės įtampos. Srovė išėjimo grandinėje maksimali ir praktiškai nereguliuojama įėjimo grandinės srove. Tranzistorius yra visiškai atviras.Inversinis režimas. Prie emiterinės sandūros prijungta atgalinė įtampa, o prie kolektorinės – tiesioginė. Emiteris ir kolektorius pasikeičia vaidmenimis: emiteris atlieka kolektoriaus, o kolektorius – emiterio funkcijas. Paprastai šis režimas neatitinka normalių tranzistoriaus eksploatacijos sąlygų.1.1.2 Maitinimo įtampos Kadangi tranzistoriai, lyginant su elektroninėmis lempomis, turi daug privalumų tai jie plačiai naudojami šiuolaikinėje elektroninėje aparatūroje. Vienas iš pagrindinių tranzistorių privalumų yra tai, kad jie labai ekonomiški. Tranzistorių maitinimo įtampos (elektrinio lauko darbas, reikalingas krūviui pernešti) yra dešimtis kartų mažesnės nei elektroninių lempų. Be to, tranzistoriuose nereikia eikvoti energijos kaitinimo grandinėse, ir, suprantama, nereikalingi kaitinimo įtampų šaltiniai. Apskaičiuota, kad tranzistorinei stiprinimo schemai maitinti reikia šimtus kartų mažesnės galios nei analogiškai schemai su elektroninėmis lempomis.1.1.3 Npn ir pnp struktūros tranzistoriaiPagrindinis dvipolio tranzistoriaus elementas yra puslaidininkio kristalas, kuriame, panaudojant priemaišas, sudarytos trys skirtingo laidumo zonos. Jei vidurinė zona yra n (elektroninio) laidumo, o dvi kraštinės – p (skylinio) laidumo, tai prietaisas vadinamas pnp struktūros tranzistoriumi. Npn struktūros tranzistorių vidurinė zona yra skylinio, o kraštinės – elektroninio laidumo.1.1.4 Dvipoliai tranzistoriaiDvipolis tranzistorius tai puslaidininkio monokristale suformuota trijų skirtingo laidumo sričių struktūra, susidedanti iš dviejų pn sandūrų. Viena kraštinės sritis vadinama emiteriu, vidurinė sritis baze, kita kraštinė sritis kolektoriumi. Sandūra tarp emiterio ir bazės vadinama emiterine, tarp bazės ir kolektoriaus kolektorine. Prie atitinkamų sričių yra prijungti bazės B, kolektoriaus K ir emiterio E išvadai. Tranzistoriaus korpusas gali būti metalinis, plastmasinis arba keramikinis. Priklausomai nuo to, kokio laidumo emiterio, bazės ir kolektoriaus sritys, tranzistoriai būna pnp arba npn Abiejų tipų tranzistorių veikimas analogiškas. Jie skiriasi tik įtampų poliškumu ir srovių kryptimis: pnp ir npn Tranzistoriais vadinami puslaidininkiniai prietaisai su viena ar keliomis pn sandūromis, tinkantys galiai stiprinti ir turintys tris (ar daugiau) išorinius išvadus. Labiausiai paplitę tranzistoriai turi dvi pn sandūras. Dviejų sandūrų tranzistoriuose panaudojami dviejų rūšių krūvininkai (elektronai ir skylės), todėl jie ir vadinami dvipoliais.Pagrindinis dvipolio tranzistoriaus elementas yra puslaidininkio kristalas, kuriame, panaudojant priemaišas, sudarytos trys skirtingo laidumo zonos. Jei vidurinė zona yra n (elektroninio) laidumo, o dvi kraštinės – p (skylinio) laidumo, tai prietaisas vadinamas pnp struktūros tranzistoriumi. Npn struktūros tranzistorių vidurinė zona yra skylinio, o kraštinės – elektroninio laidumo.
1pav. Dvipolio tranzistoriaus schema:Vidurinė puslaidininkio kristalo sritis. 1. kurioje sudaromos pn sandūros, vadinama baze, kraštinė sritis, 2. kuri injektuoja krūvininkus , – emiteriu, o sritis 3. surenkanti injektuotus krūvininkus, – kolektoriumi. Prie kiekvienos šių kristalo sričių prilituoti išoriniai išvadai – emiterio E, bazės B ir kolektoriaus K, – kuriais tranzistorius įjungiamas į schemą. Kristalas įtvirtintas specialiame laikiklyje ir hermetizuojamas metaliniu, plastmasiniu ar stikliniu korpusu. Išoriniai išvadai išvesti į korpuso išorę per izoliatorius.Elektroninio ir skylinio laidumo sričių sandūra tarp emiterio ir bazės vadinama emiterine, o tarp bazės ir kolektoriaus – kolektorine sandūra. Tranzistoriaus bazės sritis daroma labai plona (nuo 1 iki 20m). Įvairios tranzistoriaus sritys yra legiruotos nevienodai. Paprastai emiterio srities legiravimo laipsnis yra 2 – 3 eilėmis aukštesnis negu bazės srities. Bazės ir kolektoriaus sričių legiravimo laipsnis priklauso nuo prietaiso tipo.
1.1.5 Dvipolių tranzistorių sandara ir veikimasDvipolis tranzistorius sudarytas iš trijų puslaidininkio monokristalo skirtingo laidumo sričių, tarp kurių yra dvi sąveikaujančios pn sandūros. Kaip minėta, dvipoliai tranzistoriai būna pnp ir npn struktūros (1 pav.). Vidurinė pnp ir npn darinių sritis vadinama baze (angl. – base). Likusios dvi kitokio laidumo sritys vadinamos emiteriu (emitter) ir kolektoriumi (collector). Sandūra tarp emiterio ir bazės vadinama emiterio sandūra, sandūra tarp bazės ir kolektoriaus – kolektoriaus sandūra.
1 pav. pnp (a) ir npn (b) tranzistorių dariniai ir žymenys schemose
2 pav. pnp tranzistoriaus jungimo schema, tekančios srovės (a) ir energijos lygmenų diagrama (b)
Aptariami tranzistoriai vadinami dvipoliais, dvikrūviais arba bipoliariaisias, todėl, kad juose teka abiejų tipų krūvininkų (elektroninės ir skylinės) srovės. Nagrinėkime pnp tranzistorių, įjungtą pagal bendrosios bazės schemą (2 pav.). Grandinėje panaudoti du maitinimo šaltiniai. Bazės ir emiterio grandinėje įjungtas šaltinis, kurio įtampa emiterio sandūrai yra tiesioginė. Kolektoriaus ir bazės grandinėje įjungtas šaltinis, kurio įtampa kolektoriaus sandūrai yra atgalinė. Tokiose sąlygose tranzistorius gali stiprinti elektrinius virpesius. Veikiant emiterio sandūroje tiesioginei įtampai UBE, emiterio sandūroje potencialo barjero aukštis tampa q( UkE – UEB) ; čia UkE – kontaktinis potencialų skirtumas emiterio sandūroje. Sumažėjus potencialo barjero aukščiui, per emiterio sandūrą teka tiesioginė srovė IE . Ją sudaro skylinė ir elektroninė dedamosios: IE = IEp +IEn (7.1) Elektroninę srovę IEn sukuria iš bazės į emiterį difunduojantys elektronai, skylinę srovę IEp – iš emiterio į bazę difunduojančios skylės (2 pav., a). Injektuotos iš emiterio į bazę skylės tampa šalutiniais krūvininkais ir difunduoja koncentracijos mažėjimo kryptimi link kolektoriaus sandūros (2 pav., b). Priartėjusias prie kolektoriaus sandūros skyles pagauna šios sandūros elektrinis laukas ir permeta į kolektoriaus sritį. Taip atsiranda per kolektoriaus sandūrą tekanti pagrindinė tranzistoriaus srovė IKp. Ne visos skylės pasiekia kolektoriaus sandūrą. Dalis skylių bazėje susitinka su pagrindiniais bazės krūvininkais – elektronais ir rekombinuoja. Dėl to atsiranda skylių rekombinacinė srovė IEpr . Įveikusios emiterio sandūrą skylės pasiekia kolektoriaus sandūrą arba rekombinuoja, todėl IEp = IKp+ IEpr (2) Kai kolektoriaus sandūroje veikia atgalinė įtampa UKB , potencialo barjero aukštis kolektoriaus sandūroje yra q(UkK + UKB) ; čia UkK – kontaktinis potencialų skirtumas kolektoriaus sandūroje. Aukšto barjero negali įveikti bazės ir kolektoriaus sričių pagrindiniai krūvininkai, todėl per kolektoriaus sandūrą teka pagrindinė tranzistoriaus srovė IKp ir dreifinė srovė IK0 . Taigi IK = IKp + IK0. Srovę IK0 sukuria kolektoriaus sandūros aplinkoje generuojami savieji puslaidininkio krūvininkai. Šie krūvininkai ir atgalinė kolektoriaus sandūros srovė IK0 atsiranda dėl šiluminių kristalinės gardelės virpesių. Todėl srovė IK0 kartais vadinama šilumine srove. Kai IE = 0, tai IKp = 0, ir IK = IK0. Taigi IK0 yra kolektoriaus sandūros soties srovė, kai emiterio grandinė nutraukta. Iš tranzistoriaus srovių aptarimo ir 2 paveikslo, a, aišku, kad ryšys tarp tranzistoriaus išvadų srovių ir išvardytų tranzistoriaus srovių dedamųjų išreiškiamas formulėmis:
IE = IEn + IEp = IEn + IKp + IEpr (3)IK = IKp + IK0 (4)IB = IEn + IEpr – IK0 (5)
Nesunku įsitikinti, kadIE = IK + IB (6)
Tranzistoriaus bazės srovė esti silpna. Tada IK IE. Stiprėjant tranzistoriaus emiterio srovei IE, stiprėja pagrindinė tranzistoriaus srovė IKp ir jo kolektoriaus srovė IK. Taigi tranzistoriaus emiterio srovė valdo jo kolektoriaus srovę. Vienas svarbiausių dvipolio tranzistoriaus parametrų yra jo statinis emiterio srovės perdavimo koeficientas, išreiškiamas formule: (7)Šio perdavimo koeficiento reikšmė esti artima vienetui ( A = 0.95 – 0.998 ). Jo išraišką galima taip pertvarkyti: (8)Čia (9) (10)Koeficientas vadinamas emiterio efektyvumu. Jis nusako, kokią emiterio srovės dalį sudaro srovė, kurianti bazėje krūvininkus, lemiančius pagrindinę tranzistoriaus srovę. Koeficientas yra krūvininkų pernašos per bazę koeficientas, nusakantis, kuri injektuotų į bazę krūvininkų dalis pasiekia kolektoriaus sandūrą ir kuria pagrindinę tranzistoriaus srovę. Iš (8) formulės matyti, kad siekiant padidinti statinį emiterio srovės perdavimo koeficientą, reikia didinti emiterio efektyvumą ir gerinti krūvininkų pernašą per bazę. Pagal (9) formulę pnp tranzistoriaus emiterio efektyvumą galima padidinti mažinant emiterio srovės elektroninę dedamąją. Tam reikia mažinti pagrindinių krūvininkų koncentraciją bazėje, todėl reikia parinkti NdB << NaE; čia NdB – donorinių priemaišų koncentracija bazėje, NaE – akceptorinių priemaišų koncentracija emiteryje.
1.1.6 Tranzistorių veiklaJei tranzistorius naudojamas stiprintuvo schemoje, be nuolatinio priešįtampio Eeb, į įėjimo gnybtus paduodama ir kintamoji signalo įtampa Uin, kurią stiprintuvas turi sustiprinti, o prie išėjimo gnybtų, be maitinimo šaltinio įtampos Ekb, prijungiama apkrova Ra. Kadangi atviros emiterinės sandūros (elektroninio ir skylinio laidumo sričių sandūra tarp emiterio ir bazės) varža yra nedidelė, tai nedideli emiterio potencialo pokyčiai Ue = Eeb + Uin (dėl įėjimo signalo Uin kitimo) sukelia didelius srovės pokyčius. Emiterio srovės pokyčiai nulemia srovės bei įtampos pokyčius ir išėjimo (kolektoriaus) grandinėje. Tinkamai parinkus rezistoriaus Ra reikšmę, išėjimo grandinėje galima gauti įtampos ir galios pokyčius gerokai didesnius negu įėjimo grandinėje. Taigi tranzistorius stiprina signalą, panaudodamas tam įtampos Ekb šaltinio energiją. Signalo įtampos stiprinimo efektyvumas išreiškiamas išėjimo ir įėjimo įtampų pokyčių santykiu: Ku = ΔUiš / ΔUin.
1.1.7 Dvipolių tranzistorių jungimo schemos3 pav. Dvipolių tranzistorių jungimo schemos:a – BB, b – BE, c – BK
Panagrinėsime, kaip dirba tranzistorius aktyviniu režimu, įjungtas pagal bendrosios bazės schemą (3pav., a). Įjungus emiterio ir kolektoriaus maitinimo šaltinių įtampas, pasikeičia sandūrų potencialinės diagramos. Įtampa Eeb pažemina emiterinės sandūros potencialinį barjerą, tuomet iš emiterio srities skylės pradeda injektuoti į bazę, o elektronai iš bazės į emiterio sritį. Kadangi pagrindinių krūvininkų koncentracija emiterio srityje 2-3 eilėmis didesnė negu bazėje, tai skylių į bazę injektuoja daugiau negu elektronų į emiterį. Emiterine sandūra teka bendra emiterio srovė Ie = Iep + Ien. Skylių nuotėkis iš emiterio kompensuojamas elektronų srautu, ištekančiu iš emiterio į išorinę grandinę.Dėl padidėjusios koncentracijos bazėje skylės difunduoja nuo emiterinės link kolektorinės sandūros. Dalis difunduojančių skylių rekombinuoja su bazės elektronais ir sukelia bazėje nestiprią rekombinacijos srovę Ib. Kad būtų mažesnė skylių rekombinacijos bazėje tikimybė, bazės srities storis (w < 0,25 mm) parenkamas mažesnis už skylių difuzijos kelio ilgį (germanyje L = 0,3 – 0,5 mm). Tranzistoriai, kurių bazėse nėra elektrinio lauko, o krūvininkai juda tik dėl difuzijos, vadinami difuziniais tranzistoriais. Tranzistoriai, kuriuose dėl nevienodos priemaišų koncentracijos bazėje sukuriamas elektrinis laukas, verčiantis krūvininkus judėti (dreifuoti), vadinami dreifiniais.Išorinio šaltinio įtampa prie kolektorinės sandūros prijungta atgaline kryptimi. Šio šaltinio sukurtas elektrinis laukas (erdvė gaubianti elektros krūvį ir veikianti elektringąsias daleles tam tikra jėga) stabdo pagrindinius ir gretina šalutinius krūvininkus. Jo veikiami šalutiniai krūvininkai – skylės – iš bazės nuslenka į kolektoriaus sritį. Skylių perteklių kolektoriuje kompensuoja elektronų srautas iš įtampos šaltinio Ekb, išorinėje kolektoriaus grandinėje teka srovė Ik. Jei tranzistorius naudojamas stiprintuvo schemoje, be nuolatinio priešįtampio Eeb, į įėjimo gnybtus paduodama ir kintamoji signalo įtampa Uin, kurią stiprintuvas turi sustiprinti, o prie išėjimo gnybtų, be maitinimo šaltinio įtampos Ekb, prijungiama apkrova Ra. Kadangi atviros emiterinės sandūros varža yra nedidelė, tai nedideli emiterio potencialo pokyčiai Ue = Eeb + Uin (dėl įėjimo signalo Uin kitimo) sukelia didelius srovės pokyčius. Emiterio srovės pokyčiai nulemia srovės bei įtampos pokyčius ir išėjimo (kolektoriaus) grandinėje. Tinkamai parinkus rezistoriaus Ra reikšmę, išėjimo grandinėje galima gauti įtampos ir galios pokyčius gerokai didesnius negu įėjimo grandinėje. Taigi tranzistorius stiprina signalą, panaudodamas tam įtampos Ekb šaltinio energiją. Signalo įtampos stiprinimo efektyvumas išreiškiamas išėjimo ir įėjimo įtampų pokyčių santykiu: Ku = ΔUiš / ΔUin.1.1.8 Žemo dažnio tranzistoriaiPnp struktūros germanio lydytiniai tranzistoriai M39Б, M40A, M41A gaminami su metaliniais korpusais (1pav.,a-c), turinčiais lanksčius išvadus bei stiklinius izoliatorius, ir skirti žemojo dažnio stiprinimo schemoms. 4 pav. Tranzistorių MП39Б, MП40А, MП41А cokoliuotė bei matmenys (a) ir jų bendros bazės schemos įėjimo (b) ir išėjimo (c) charakteristikos:
Šių tranzistorių masė – 2,5g, darbo temperatūrų diapazonas yra nuo –60 iki +75 °C.Pnp struktūros silicio tranzistoriai MП114, MП115, MП116 gaminami su metaliniais korpusais, turinčiais stiklinius izoliatorius ir lanksčius išvadus (5 pav.).5 pav.Tranzistorių MП114 – MП116 cokoliuotė ir matmenys:
Jų darbo temperatūrų diapazonas yra nuo –55 iki +100°C, masė – 1,7g.1.1.9 Tranzistorių klasifikacijaPagal funkcinę paskirtį radioelektroninių schemų tranzistoriai skirstomi į dvipolius (stiprinimo, impulsinius, mažatriukšmius, aukštos įtampos, fototranzistorius). Tranzistoriai skiriasi galia ir darbo dažnių diapazonais. Pagal maksimalią kolektoriaus sklaidomąją galią skiriami mažos, vidutinės ir didelės galios tranzistoriai, pagal darbo dažnių diapazoną – žemojo, vidutinio, aukštojo ir superaukštojo dažnio tranzistoriai.
1.1.10 Keturių elementų žymėjimo sistemaŠiuo metu galioja keturių elementų tranzistorių žymėjimo sistema. Pirmasis elementas – raidė arba skaitmuo, nurodantis puslaidininkio medžiagą (1 – germanis ir jo junginiai, 2 – silicis ir jo junginiai, 3 – galio junginiai); antrasis elementas – raidė nurodanti prietaiso klasę (T – dvipoliai tranzistoriai, P – lauko tranzistoriai); trečiasis elementas – skaičius, nurodantis tranzistoriaus paskirtį, kokybines savybes ir konstrukcijos eilės numerį pagal 1 lentelę; ketvirtasis elementas – raidė, nurodanti parametrinę grupę.
1 lentelė Tranzistorių darbo dažniai MHz Trečiasis tranzistorių žymens elementas, kai kolektoriaus sklaidomoji galia W maža (iki 0,3) vidutinė (nuo 0,3 iki 1,5) Didelė (didesnė kaip 1,5) Žemieji (iki 3) 101 – 199 401 – 499 701 – 799 Vidutiniai (nuo 3 iki 30) 201 –299 501 – 599 801 – 899 Aukštieji (nuo 30 iki 300) 301 -399 601 – 699 901 – 999Tranzistoriai, pagaminti prieš kelis dešimtmečius, būdavo pažymėti trimis elementais. Pirmasis elementas – raidė, reiškianti tranzistorių, antrasis elementas – skaičius, nurodantis paskirtį ir kokybines savybes bei konstrukcijos eilės numerį pagal 2 lentelę, trečias elementas – raidė, nurodanti parametrinę grupę. 2 lentelė: Darbo dažniai MHz Antrasis žymens elementas, kai sklaidomoji galia W Germanio tranzistoriai Silicio tranzistoriai Iki 0,25 (maža) Didesnė kaip 0,25 (didelė) Iki 0,25 (maža) Didesnė kaip 0,25 (didelė) Žemieji (iki 5) 1 – 99 201 – 299 101 – 199 301 – 399 Aukštieji (daugiau kaip 5) 401 – 499 601 – 699 501 – 599 701 – 799
1.1.11 Pnp struktūros tranzistoriai MP39Б, MP40A, MP41A Pnp struktūros germanio lydytiniai tranzistoriai MP39Б, MP40A, MP41A gaminami su metaliniais korpusais, turinčiais lanksčius išvadus bei stiklinius izoliatorius, ir skirti žemojo dažnio stiprinimo schemoms. Šių tranzistorių masė – 2,5g, darbo temperatūrų diapazonas yra nuo –60 iki +75 °C, elektriniai parametrai nurodyti 3 lentelėje.
3 lentelėParametrai Tranzistorių tipai МП39Б МП40А МП41А Ribinis dažnis MHz, kai Ie=1 mA ir Ukb=5V 0.5 1 1 Srovės perdavimo koeficientas, kai Ukb=5V, Ie=1 mA, f=1kHz ir temperatūra °C: 20 20-60 20-40 50-100 60 20-80 20-120 50-300 -40 10-60 10-40 25-100 Pramušimo įtampa Ukb V, kai f=50Hz 15 30 15 Maksimalios leistinos įtampos Uke,max ir Ukb,max V esant 40 °C temperatūrai: nuolatinės 15 30 15 impulsinės 20 30 20 Triukšmo koeficientas dB, kai Ie=0.5mA, Ukb=1.5V ir f=1kHz 12 – – Atgalinė kolektoriaus srovė mA, kai Ukb=5V ir temperatūra °C: 20 15 70 300 Atgalinė emiterio srovė mA, kai Ueb=5V 30 Maksimali leistinoji nuolatinė kolektoriaus srovė mA 20 Kolektoriaus talpa pF, kai Ukb=5V ir f=500kHz 60 Maksimali leistinoji impulsinė kolektoriaus srovė mA, kai Ie.vid£40mA 150 Išėjimo laidumas mS, kai Ie=1mA, Ukb=5V ir f=1kHz 3.3 Bazės varža W, kai Ie=1mA, Ukb=5V ir f=500kHz 220 Maksimali kolektoriaus sklaidoma galia mW, kai temperatūra °C: 55 150 70 75 Atgalinė įtampa Ueb V 5
1.1.12 Dvipolių tranzistorių mažų signalų modeliai
BE schema BB schema13. Žymenys: a) BE schemai; b) BB schemai
B – baze, C – kolektorius, E – emiteris
Pažymėjimai:BE – bendro emiterio jungimo schema;BB – bendros bazės jungimo schema.
14. pav.BE h parametrų modelis ir lygtys:VBE = h11EiB + h12EVCEiC = h21EiB + h22EVCE 15. pav.Bb h parametrų modelis ir lygtys:VEB = h11BiE + h12BVCBiC = h21BiE + h22BVCB
16. pav.BE T modelis 17. pav.BB dinaminis T modelis BET schemos vidinis parametrų rB, rE, , rC ir a ryšys su h parametrais:
Kai kurių mažos galios tranzistorių h parametrai:4 lentelė BE BB BKh11 (a) 2000 40 2000h12 16, 10 – 4 4, 10 – 4 1h21 49 -0,98 – 50h12 ( ) 50 1 50
1.1.13 Dvipolių tranzistorių schemų projektavimo ypatumaiPagrindinių dvipolio tranzistoriaus charakteristikųsąryšis su tranzistoriaus topologijaPagrindiniu dvipolio tranzistoriaus parametru laikomas srovės stiprinimo koeficientas β. Srovės stiprinimo koeficientas aprašomas taip (23)Čia β – srovės stiprinimo koeficientas bendro emiterio schemoje; WB – tranzistoriaus bazės storis; DnB – elektronų difuzijos į bazės sritį koeficientas; ρB – bazės specifinė varža; LpE – skylučių nulėktas kelias emiteryje; LnB – elektronų nulėktas kelias bazėje; AS – efektyvusis paviršinės rekombinacijos plotas; s – paviršinės rekombinacijos greitis; AE – emiterio plotas. Norint pasiekti maksimalų stiprinimą βF , reikia, kad kiekvienas iš stiprinimo koeficiento lygtį sudarančių narių būtų pakankamai mažas. Tai reiškia, kad krūvininkų gyvavimo trukmė turėtų būti kaip galima ilgesnė, bazės storis – kaip galima mažesnis, emiterio varža turi būti labai maža ir paviršinė, krūvininkų rekombinacija neryški.Kadangi efektyvusis bazės storis labai veikia stiprinimo koeficientą β , visi kiti veiksniai, keičiantys bazės storį, taip pat turi įtakos stiprinimo koeficientui. Supaprastinus β išraišką, matyti, kad srovės stiprinimo koeficientas β visiškai nepriklauso nuo srovės dydžio. Tačiau ši prielaida galioja tik vidutinių srovių srityje. Esant mažoms srovėms, β mažėja dėl rekombinacijos centrų emiterio ir bazės pn sandūroje. Todėl, nagrinėjant silpnų srovių režimą, reikalingas papildomas narys. Šis papildomas narys aprašomas taip:
Iš išraiškos taip pat išeina, kad bendro emiterio stiprinimo koeficientas yra pastovus dydis. Tačiau žinoma, kad silicio tranzistorių βF yra pastovus tik esant vidutinio stiprumo srovėms, βF mažėja tiek esant labai mažoms, tiek labai didelėms srovėms. Didelių srovių diapazone, vykstant intensyviai elektronų injekcijai, į bazę injektuotų elektronų skaičius nP susilygina ar net viršija skylučių koncentraciją bazėje pP. Šiomis sąlygomis jau reikia vertinti elektrinį lauką, palaikantį pagrindinių krūvininkų srautą. Srovės stiprinimo koeficientas šiuo atveju mažėja, nes, tekant stiprioms srovėms, kinta emiterio efektyvumo priklausomybė nuo pratekančios srovės stiprumo. βF mažėjimą galima susilpninti naudojant labiau legiruotą bazę arba didinant sandūros plotą. Be to, tekant stiprioms srovėms, pasireiškia Kirlio efektas, kai dėl srovės poveikio siaurėja dalies krūvininkų netekusi kolektoriaus sritis, o kartu storėja bazės sritis. Stiprių srovių diapazone srovės stiprinimo koeficientas bendro emiterio schemoje aprašomas taip:
(24)Panagrinėsime vidinių bazės sričių varžos įtaką tranzistoriaus veikai. Dalis emiterio įėjimo srovės bazės srityje sudaro bazės srovę IB , įtekančią į tranzistorių per bazės srities kontaktą. Esant bet kokiai tranzistoriaus konfigūracijai, kai ominiai kontaktai išdėstomi bazės kraštuose, bazės srovė teka lygiagrečiai su emiterio ir kolektoriaus pn sandūromis. Dėl bazės sluoksnio specifinės varžos išilgai bazės srities krinta tam tikro dydžio įtampa, sudaranti grįžtamąjį ryšį emiterio pn sandūroje. Šis efektas įvertinamas kaip bazės varža ir galioja esant tiek nuolatinei, tiek kintamajai srovei. Ši bazės varža gali gerokai pakeisti tranzistoriaus darbo režimą. Didžiausias potencialas susidaro labiausiai nuo bazės nutolusioje kontakto emiterio srityje. Taigi tranzistoriaus bazės srityje vyksta srovės tankio persiskirstymas – vadinamasis srovės sutankėjimas. Be to, vyksta emiterio srovės persiskirstymas bei sutankėjimas išilginiuose emiterio kraštuose. Šis efektas gali būti toks stiprus, kad srovės tankis emiterio viduryje tampa lygus nuliui, t.y. srovė visiškai neteka. Dažniausiai tai liečia aukštadažnius tranzistorius, kurių emiterio plotas labai mažas; čia maksimali srovė tiesiogiai proporcinga emiterio perimetrui, o ne plotui. Norint sėkmingai panaudoti šį efektą, projektuojami ne kvadratiniai, bet siauri ir ilgi tranzistoriai. Norint įvertinti bazės varžą , reikia ištirti tranzistoriaus geometriją. Patogiausiu laikomas metodas, kai bazė suskaidoma į trimačius elementus, kurių varžą lengva apskaičiuoti. Paskui elementai sujungiami lygiagrečiai arba nuosekliai, atsižvelgiant į tai, kaip tiksliau nustatoma varža . Aktyvioji bazės varža po emiterio sritimi gali būti aprašyta dviem išraiškomis, atsižvelgiant į bazės kontaktų skaičių. Esant dviem bazės kontaktams bazės varža aprašoma taip: (1 a) (1 b) (1 c)25 pav. Įvairių bazės srities formų pavyzdžiai: a – aktyvioji bazės varža po emiterio sritimi su dviem bazės kontaktais; b – aktyvioji bazės varža po emiterio sritimi su vienu bazės kontaktu; c – pasyvioji bazės varža nuo emiterio iki bazės kontaktųPasyvioji bazės varža atskaitoma nuo aktyviosios bazės srities iki bazės kontaktų (25 pav.,c): (26)Čia ρ – specifinė bazės varža ploto vienetui; B w – bazės storis; h – emiterio plotis; l – emiterio ilgis; d – atstumas nuo emiterio iki bazės kontakto krašto. Esant dviem bazės kontaktams, pasyviosios bazės varžos jungiamos lygiagrečiai. Norint ištirti bazės varžos įtaką ir jos priklausomumą schemoje nuo naudojamų topologinių piešinių konfigūracijos, buvo nagrinėjamas schemos stiprinimo koeficiento poveikio dydis bei topologinių piešinių konfigūracijų įtaka. Modeliuota emiteriais sujungta loginė schema, tiriant penketą stiprinimo koeficiento variantų ir ketvertą tranzistorių tipų. Pastebėta, jog stiprinimo koeficiento įtaka nėra tokia didelė, kaip manyta iš pradžių. Taip pat buvo nagrinėtos šiuolaikinėse dvipolėse integrinėse schemose naudojamos kelių tipų tranzistorių konstrukcijos, nuo kurių labai priklauso tranzistoriaus greitaveika bei naudojamoji galia.
27 pav. Dvipolių tranzistorių schema, naudota modeliavimui
Pirmojo tipo tranzistoriuje naudojamas vienpusis bazės kontaktas. Šiuo atveju bazės įtaka vienoje bazės pusėje stipresnė, srovės srautas mažesnis, todėl jos pasiskirstymas netolygus.
Antrojo tipo tranzistoriuje naudojami dvipusiai bazės kontaktai ir šiuo atveju srovė bazėje pasiskirsto tolygiau, tranzistoriaus kokybė daug geresnė.
Trečiojo tipo tranzistorius suprojektuotas su kolektoriaus žiedu.
Šiuo atveju ne tik tolygiai paskirstoma bazės srovė po emiteriu, bet ir suaktyvinama kolektoriaus aplinka. Šio tipo tranzistorių tikslinga naudoti vidutinės galios schemose. Tiek trečiojo, tiek ketvirtojo tranzistoriaus labai legiruoto žiedo konfigūracija smarkiai sumažina kolektoriaus varžą; lieka mažai legiruota sritis tarp bazės ir kolektoriaus žiedo ir po bazės sritimi. Tokie galingi mikrotranzistoriai naudojami išėjimo grandinėse.
28 pav. Nagrinėjamų dvipolių tranzistorių topologiniai piešiniai
Modeliuojant šio tipo tranzistorius buvo įsitikinta, kad jų konfigūracijos įtaka schemos charakteristikoms gerokai didesnė. Nemažai įtakos taip pat turi ir tranzistorių technologijų rūšys. Optimaliomis laikomos izoplanarinės technologijos. Čia visiškai sumažintos tranzistoriaus pn sandūros, visas likusias sandūras atskiriant labai legiruoto n+ silicio arba silicio oksido barjerais. Galima naudoti epic-technologiją, kai tranzistorius nuo aplinkos atskiriamas plonu oksido sluoksniu, taip pat VIP technologiją, kai V tipo grioveliais, padengtais plonu oksidu ir užpildu, tranzistoriai atskiriami vienas nuo kito. Tačiau šių tranzistorių efektyvumas gerokai menkesnis.
29 pav. Izoplanarinė technologija
30 pav. VIP technologija
Tyrinėta skirtingų tranzistorių struktūrų bei jų modelių įtaka tranzistorių charakteristikoms. Ištirtos nagrinėjamų schemų charakteristikos ir nustatyta, jog didžiausią įtaką schemos kokybei bei charakteristikoms turi tranzistorių konfigūracija; tranzistorių stiprinimo koeficiento įtaka šiuo atveju yra gerokai mažesnė. Didesniųjų matmenų tranzistoriais teka didelės galios mikrosrovės, tranzistorių greitaveika mažesnė dėl susidarančių RC grandinių, tačiau čia didesnė pasyviųjų bazės sričių įtaka, o jų kontaktų išdėstymas leidžia sumažinti parazitines varžas. Tai savo ruožtu didina schemos greitaveiką. Išnagrinėjus keturių rūšių dvipolių tranzistorių technologijas, optimalia laikoma antroji izoplanarinė technologija. Šiuo atveju labai sumažėja tranzistoriaus plotas, parazitinės talpos bei darbinių sričių varžos, bet schemos greitaveika gerokai padidėja.
1.1.14 Tranzistoriaus parametrų analizėTranzistoriai apibūdinami nuolatinės srovės, silpnųjų signalų, dažniniais, stipriųjų signalų ir ribinių režimų parametrais.1.1.15 Nuolatinės srovės parametraiNuolatinės srovės parametrai nusako nevaldomas sroves, tekančias tranzistorių pn sandūromis.Atgalinė kolektoriaus srovė Ikb0, tekanti kolektoriaus – bazės sandūra, kai emiterio grandinė nutraukta, o sandūrą veikia tam tikro dydžio (paprastai maksimali leistinoji) įtampa.Atgalinė emiterio srovė Ieb0, tekanti emiterio – bazės, kai kolektoriaus grandinė nutraukta, o sandūrą veikia tam tikro dydžio įtampa.Atgalinė kolektoriaus – emiterio Ike0 (seniau buvo vadinama pradine kolektoriaus srove) – kolektoriaus grandinės srovė, kai emiteris trumpai sujungtas su baze, o tarp kolektoriaus ir emiterio veikia tam tikro dydžio įtampa Uke.Atgalinė kolektoriaus – emiterio grandinės srovė IkeR analogiška, kai tarp emiterio ir bazės įjungtas tam tikros varžos rezistorius.1.1.16 Silpnųjų signalų parametraiSilpnųjų signalų parametrai nusako tranzistoriaus įėjimo ir išėjimo grandinių srovių bei įtampų tarpusavio ryšius. Kadangi tranzistorių charakteristikos yra netiesinės, tai silpnųjų signalų parametrai priklauso nuo to, kaip parinktas pradinis režimas (darbo taškas). Silpnųjų signalų režimu dirbantį tranzistorių galima nagrinėti kaip aktyvinį tiesinį keturpolį, kurio išorinės įėjimo grandinės kintamoji srovė ir įtampa I1 ir U1, bei išėjimo grandinės kintamoji srovė ir įtampa I2, U2 tarpusavyje surištos šia lygčių sistema: ΔU1 = h11ΔI1 + h12ΔU2 ;ΔI2 = h21ΔI1 + h22ΔU2 . Koeficientai h11, h12, h21, h22 atspindi tranzistoriaus elektrines savybes pasirinktame darbo taške, kai jį veikia žemo dažnio silpnas signalas, ir yra vadinami tranzistoriaus h parametrais. Šie parametrai nesunkiai nustatomi esant trumpai sujungtai išėjimo grandinei (ΔU2 = 0) ir esant atviriems įėjimo gnybtams (ΔI1 = 0). Tranzistoriaus įėjimo varža esant trumpai sujungtai išėjimo grandinei
h11 = ΔU1/ ΔI1, kai ΔU2 = 0.
Įtampos grįžtamojo ryšio koeficientas, esant atviriems įėjimo gnybtams,
h12 = ΔU1/ΔU2, kai ΔI1 = 0.
Šis koeficientas rodo, kokia išėjimo grandinės signalo dalis patenka į išėjimo grandinę.Srovės perdavimo koeficientas h21 = ΔI2/ ΔI1 rodo, kiek pakinta išėjimo grandinės srovė, tam tikru dydžiu pakeitus įėjimo grandinės srovę, kai ΔU2 = 0. Kai tranzistorius įjungtas pagal BB schemą, parametras h21 žymimas h21b, o kai pagal BE schemą, – h21e. Tarpusavyje šie parametrai surišti šiomis priklausomybėmis:
h21e = -h21b / (1+ h21b);h21b = -h21e / (1+ h21e).
Išėjimo laidumas – išėjimo grandinės srovės pokyčio ir jį sukėlusio išėjimo grandinės įtampos pokyčio santykis, kai įėjimo gnybtai atviri, t. y.
h22 = ΔI2 / ΔU2, kai ΔI1 = 0.
Srovės perdavimo koeficientai nustatomi žemuosiuose dažniuose (50 – 1000Hz), kai galima nekreipti dėmesio į reaktyvinius laidumus,t.y. į fazės poslinkius tarp tranzistoriaus įėjimo ir išėjimo įtampų bei srovių. Aukštuosiuose dažniuose šie dydžiai yra kompleksiniai, todėl čia tranzistoriaus stiprinimo savybės apibūdinamos srovės perdavimo koeficiento moduliu | h21b | arba | h21e |.Kolektorinės sandūros talpa Ck – talpa tarp kolektoriaus ir bazės išvadų, kai emiterio grandinė nutraukta, o kolektorinę sandūrą veikia atgalinė įtampa.Emiterinės sandūros talpa Ce – talpa tarp emiterio ir bazės išvadų, kai kolektorius atjungtas, o emiterinę sandūrą veikia atgalinė įtampa.Grįžtamojo ryšio grandinės laiko konstanta τk aukštojo dažnio signalams. Skaitine reikšme ši konstanta lygi bazės varžos ir kolektorinės sandūros talpos sandaugai:
τk = rbCk.
Triukšmo koeficientas Kt – tariamosios triukšmų galios tranzistoriaus išėjimo grandinėje ir tos jos dalies, kurią sukuria apkrovoje šiluminiai signalo šaltinio triukšmai, santykis. Daugumos tranzistorių šis koeficientas yra mažiausias 1–10 kHz dažnių diapazone. Triukšmo koeficientas paprastai matuojamas esant 1 kHz dažnio signalui. Kylant temperatūrai, taip pat žemesnių ir aukštesnių kaip 1–10 kHz dažnių srityje triukšmo koeficientas didėja. Triukšmo koeficientas mažiausias ir tais atvejais, kai tranzistorius dirba silpnų kolektoriaus srovių (0,1-0,6 mA) ir mažų kolektoriaus įtampų (0,5-1,5 V) režimais.1.1.17 Dažniai parametraiDažniniai parametrai apibūdina tranzistorių darbą aukštųjų dažnių srityje.Ribinis srovės perdavimo koeficiento h21b dažnis fh21b, arba h21e – fh21e, arba fβ – signalo dažnis, kuriam esant srovės stiprinimo koeficiento reikšmė sumažėja iki 0,7, palyginti su žemojo dažnio signalo stiprinimo koeficientu. Ribinis dažnis tiesiogiai nurodo, iki kokio dažnio gali dirbti tranzistorius. Jis tik riboja tą dažnių diapazoną, kuriame galima neatsižvelgti į tranzistoriaus parametrų dažninę priklausomybę.Kraštinis srovės stiprinimo koeficiento dažnis fkr – signalo dažnis, kuriam esant tranzistoriaus, įjungto pagal bendrojo emiterio schemą, srovės stiprinimo koeficiento modulis lygus vienetui. Dažnių diapazone nuo 0,1 fkr iki fkr , pakitus dažniui du kartus, tiek pat pakinta ir srovės stiprinimo koeficiento modulis.
Maksimalus generuojamas dažnis fmax MHz – aukščiausias dažnis signalo, kurį gali generuoti tranzistorius, įjungtas į autogeneratoriaus su optimaliu grįžtamuoju ryšiu schemą.1.1.18 Stipriųjų signalų parametraiStipriųjų signalų parametrai apibūdina tranzistorių darbą, kais jų elektrodų srovės ir įtampos kinta plačiose ribose. Šiais parametrais įvertinamos galios stiprintuvų, autogeneratorių ir impulsinių schemų tranzistorių darbo režimas.Statinis srovės stiprinimo koeficientas yra lygus nuolatinių kolektoriaus ir bazės srovių santykiui.Bazės – emiterio ir kolektoriaus – emiterio soties įtampos. Kai tranzistorius dirba soties režimu, abi tranzistoriaus pn sandūros yra laidžios. Judrūs krūvininkai suteikia bazės sričiai papildomą krūvį. Įjungiant ir išjungiant šiuo režimu dirbantį tranzistorių, reikia papildomo laiko pertekliniam krūviui sukaupti arba išsiurbti, dėl to mažėja perjungimo greitis.1.1.19 Ribinių režimų parametraiRibiniai režimai nurodo sąlygas patikimam tranzistorių darbui. Kad radiotechniniai įrenginiai, kuriuose naudojami tranzistoriai, veiktų, tai įtampos parenkamos ne didesnės kaip be sutrikimų, tranzistorių darbo srovės 0,8 jų maksimalių leistinųjų reikšmių. Maksimalios leistinos srovių, įtampų ir galios reikšmės nustato garantuotas patikimo tranzistorių veikimo ribas. Ribiniai režimai atitinka mažiausią patikimumą, todėl darbas, esant bent vienam ribiniam parametrui, nerekomenduojamas, o esant keliems ribiniams parametrams (pvz. srovei ir sklaidomajai galiai) – neleidžiamas.Maksimali leistinoji kolektoriaus sklaidoma galia (kai duota aplinkos arba korpuso temperatūra) – galia, kuriai esant tranzistorius nepažeidžiamas. Esant didesnei galiai, tranzistorius perkaista ir įvyksta šiluminis pramušimas. Esant aukštesnei aplinkos arba korpuso temperatūrai, maksimalią leistinąją sklaidomą galią būtina sumažinti. Maksimali leistinoji kolektorinės sandūros temperatūra – maksimali kolektoriaus sandūros temperatūra, kuriai esant tranzistorius veikia be sutrikimų. Kolektoriaus darbo temperatūra priklauso nuo kolektoriaus sklaidomosios galios, aplinkos temperatūros ir šilumos nuvedimo sąlygų.Maksimalios leistinosios įtampos nustatomos pagal atitinkamų pn sandūrų elektrinį atsparumą. Kai įtampos pasidaro didesnės už šias reikšmes, sustiprėja srovės ir įvyksta elektrinis arba šiluminis sandūrų pramušimas.Maksimalios leistinosios srovės nustatomos tam, kad dėl per didelio srovės tankio nesutriktų krūvininkų judėjimo mechanizmas puslaidininkyje.1.1.20 Tranzistoriaus jungimo ir veikos variantaiTranzistorius turi įėjimo ir išėjimo grandines. Jį galime nagrinėti kaip keturpolį. Kita vertus, tranzistorius turi tik tris išvadus. Todėl, kai tranzistorių modeliuojame keturpoliu, vienas iš jo elektrodų būna bendras abiem grandinėms ir galimi trys tranzistoriaus jungimo variantai – tranzistorius gali būti įjungtas pagal bendrosios bazės, bendrojo emiterio arba bendrojo kolektoriaus schemas. Veikdami elektrinėse grandinėse tranzistoriai gali būti įvairiose būsenose. Tranzistoriaus būseną ir jo veikseną lemia sandūrų įtampų poliškumai (31 pav.). Kai emiterio sandūros įtampa tiesioginė, o kolektoriaus sandūros įtampa atgalinė, tranzistorius gali stiprinti elektrinius virpesius. Kai tranzistoriaus abiejų sandūrų įtampos tiesioginės, jis yra soties būsenoje. Jeigu abiejų sandūrų įtampos atgalinės, tranzistoriaus srovės yra silpnos ir laikoma, kad jis uždaras.31 pav. Tranzistoriaus veikos atmainos
32 pav. Tranzistorius paprasčiausiose stiprintuvų grandinėse, įjungtas pagal bendrosios bazės (a), bendrojo emiterio (b) ir bendrojo kolektoriaus (c) schemas 7,5
Pagaliau, galima tranzistoriaus apgrąžinė veika, kai kolektoriaus sandūroje veikia tiesioginė įtampa, o emiterio sandūroje – atgalinė įtampa. Dabar sakykime, kad tranzistorius įjungtas grandinėje, kur jo emiterio sandūros įtampa tiesioginė, kolektoriaus sandūros – atgalinė, ir aptarkime elektrinių virpesių stiprinimo galimybes. Kai tranzistorius įjungtas pagal bendrosios bazės schemą (32 pav., a), įėjimo srovei pakitus dydžiu dIE, gaunamas išėjimo srovės pokytis dIk. Žinodami šiuos srovių pokyčius, galime rasti diferencialinį emiterio srovės perdavimo koeficientą: (33)
IK = IKp + IK0 = AIE + IK0 (34)TadaKI = (35)
Paprastai tranzistoriaus veikos sąlygos parenkamos taip, kad statinis emiterio srovės perdavimo koeficientas A praktiškai nepriklauso nuo emiterio srovės IE . Tada , ir . Tranzistoriaus emiterio srovės pakytis IdE sukelia įėjimo įtampos pokytį dUEB = rEB dIE; čia rEB – tranzistoriaus įėjimo varža. Dėl išėjimo srovės pokyčio IKd išėjimo įtampa apkrovos varžoje RK pakinta dUKB. Tada kintamosios įtampos perdavimo koeficientas, kai tranzistorius įjungtas pagal bendrosios bazės schemą, išreiškiamas formule:
(36)
1.1.21 Tranzistoriaus ekvivalentinių schemų analizė1.1.22 Principinių schemų sudarymas1.1.23 Principinių schemų parametrų skaičiavimasPrincipinė schema yra išsamiausia radioelektroninio gaminio schema. Joje parodyti visi radijo ir elektronikos elementai bei įtaisai, kurie būtini schemai realizuoti. Radijo ir elektronikos elementai braižomi sutartiniais žymenimis, laikantis tarptautinių standartų reikalavimų (þr. priedà knygelës gale). Jei reikia, gali būti naudojami nestandartiniai sutartiniai žymenys, kurie schemoje turi būti paaiškinti. Grafinius ženklus leidžiama pasukti kartotinai 900 kampu. Principinėje schemoje šalia kiekvieno elemento užrašomas elemento ženklas. Šį þenklą sudaro viena arba dvi raidės (8 lentelë) ir skaičius. Raidė apibrėžia elemento tipą (pvz., C – kondensatorius, DA – analoginė integralinė schema, VT – tranzistorius ir pan.), o skaičius – jo eilės numerį schemoje (pvz., C1, C2, DA1, DA2 ir t.t.). To paties tipo elemento eilės numeriai rašomi pagal jų išsidėstymą iš viršaus į apačią ir iš kairės į dešinę. Elementų ženklai rašomi sutartinių grafinių žymenų dešinėje pusėje arba virš jų. Šalia elemento ženklo paprastai pateikiamas jo vardinis dydis pagal žemiau pateiktas taisykles. Rezistoriams: a) nuo 0 iki 999W nenurodomi matavimo vienetai, pvz., 200; b) nuo 1•103 iki 999•103W nurodomas vardinis dydis kiloomais ir rašoma raidė k, pvz., 120 k; c) nuo 1•106 iki 999•106W nurodomas vardinis dydis megaomais ir rašoma raidė M, pvz., 10 M. Kondensatoriams: a) nuo 0 iki 9999•10-12F nurodomas vardinis dydis pikofaradais ir nerašomi matavimo vienetai, pvz., 50,0; b) nuo 1•10-8 iki 9999•10-6F nurodomas vardinis dydis mikrofaradais ir rašoma raidė m, pvz., 30,0 m. Jei elementai parenkami derinimo metu, tai prie elemento ženklo rašoma žvaigždutė (pvz., R8*). Elektronikos principinëje schemoje elektrinės jungtys (takeliai, laidai, kabeliai ir kt.) vaizduojamos vertikaliomis ir horizontaliomis linijomis.
19. Sutartiniai žymėjimai lentelė. Sutartiniai žymėjimaiEil. nr. Pavadinimas Žymėjimas Matmenys, mm
1. Galvaninis arba akumuliatorinis elementas. Poliarumo ženklu galimanerašyti
2. Galvaninių arba akumuliatorinių elementų baterija.Galvaninių arba akumuliatorinių elementų bateriją galima žymėti kaip vieną elementą. Tokiu atveju virš ženklo rašoma baterijos įtampa
3. Nereguliuojamas rezistorius
4. Reguliuojamas rezistorius (reostatas ):a) bendras žymėjimasb) nutraukiantis grandinęc) nenutraukiantis grandinės
5. Reguliuojamas rezistorius (potenciometras)
6. Varistorius
7. Tiesiogiai kaitinamas termorezistorius (termistorius)
8. Nereguliuojamas kondensatorius. Bendras žymėjimas
9. Reguliuojamas (kintamasis) kondensatorius
10. Elektrolitinis kondensatorius (poliarus)
11. Ritė, droselis be šerdies
12. Transformatorius be šerdies:a) pastovaus ryšiob) kintamo ryšio
13. Vienfazis transformatorius su šerdimi
14. Lydusis saugiklis. Bendras žymėjimas
15. Jungiklio ir perjungiklio kontaktas:a) sujungiantis (normaliai atviras)b) atjungiantis ( normaliai uždaras)c) perjungiantis
16. Matavimo prietaisas:a) rodyklinisb) registruojantisc) sumuojantis, integruojantis (pvz. skaitiklis)Pastaba: Kombinuotų prietaisų žymėjimai sudaromi iš kelių atitinkamų žymėjimų, pvz. kombinuotas rodyklinis ir registruojantis prietaisas
17. Galvanometras
18. Oscilografas
19. Termopora
20. Apšvietimo ir signalinė kaitrinė lempa
21. Lempinis diodas:a) tiesiogiai kaitinamasb) netiesiogiai kaitinamas
22. Triodas
23. Elektroninis fotoelementas
24. Elektroninis Rentgeno vamzdis ( Rentgeno diodas)
25. Puslaidininkinis diodas. Puslaidininkinis ventilis. Trikampio viršunė rododidesnio laidumo kryptį.
26. Tunelinis diodas
27. Puslaidininkinis n-p-n tipo tranzistorius
28. Puslaidininkinis p-n-p tipo tranzistorius
29. Fotorezistorius
30. Garsiakalbis
31. Elektrinis skambutis.Bendras žymėjimas
32. Mikrofonas
1.1.24 Schemos dinamikos įvertinimas1.1.25 Praktinės schemos konstravimo principai1.1.26 Schemos parametrų matavimo būdai
1.1. Sąvokų žodynėlis
1. Srovė – tai kryptingas elektringųjų dalelių judėjimas.2. Bazė – vidurinė pnp ir npn darinių sritis.3. Elektrinis laukas – erdvė gaubianti elektros krūvį ir veikianti elektringąsias daleles tam tikra jėga.4. Keturių elementų žymėjimo sistema – Pirmasis elementas – raidė arba skaitmuo, nurodantis puslaidininkio medžiagą; antrasis elementas – raidė nurodanti prietaiso klasę; trečiasis elementas – skaičius, nurodantis tranzistoriaus paskirtį, kokybines savybes ir konstrukcijos eilės numerį pagal 1 lentelę; ketvirtasis elementas – raidė, nurodanti parametrinę grupę.
5. Dvipolis tranzistorius - tai puslaidininkio monokristale suformuota trijų skirtingo laidumo sričių struktūra, susidedanti iš dviejų pn sandūrų.6. Tranzistoriais vadinami puslaidininkiniai prietaisai su viena ar keliomis pn sandūromis, tinkantys galiai stiprinti ir turintys tris (ar daugiau) išorinius išvadus.7. PNP struktūros tranzistorius – idurinė zona yra n (elektroninio) laidumo, o dvi kraštinės – p (skylinio) laidumo. NPN struktūros tranzistorius – vidurinė zona yra skylinio, o kraštinės – elektroninio laidumo.8. Silpnųjų signalų parametrai – Nusako tranzistoriaus įėjimo ir išėjimo grandinių srovių bei įtampų tarpusavio ryšius. Kadangi tranzistorių charakteristikos yra netiesinės, tai silpnųjų signalų parametrai priklauso nuo to, kaip parinktas pradinis režimas (darbo taškas).9. Dažniniai parametrai – apibūdina tranzistorių darbą aukštųjų dažnių srityje.10. Stipriųjų signalų parametrai – Apibūdina tranzistorių darbą, kais jų elektrodų srovės ir įtampos kinta plačiose ribose.11. Ribiniai režimai – nurodo sąlygas patikimam tranzistorių darbui.
1.1. Literatūra:1. Valentina Dagienė „Informatikos pradmenys I dalis“ // TEV; Vilnius 19982. S. Marazas “Elektros mašinos”; Vilnius “Mokslas”,19893. V. Popovas, S. Nikolajevas “Bendroji elektrotechnika ir elektronikos pagrindai”; Vilnius “Mokslas”, 19794. A. A. Bielskis “Elektronikos konspektai”5. Stanislovas ŠTARAS “Fizikinė ir funkcinė elektronika. Mikrobangų puslaidininkiniai prietaisai” (Vilnius 2000)
6. Interneto svetainės:www.elektronika.lthttp://www.el.vtu.lt/electronics/medziaga/09_200308.pdfhttp://proin.ktu.lt/reason/Cadence/pirmas/Pirmas_4_3.htmhttp://www.bmii.ktu.lt/~saulius/PDF/http://www.vgtu.lt/leidiniai/elektroniniai/mbpp_red1.pdf http://www.el.vtu.lt/electronics/elpagr/pask.htm