«Kompyuterning fizik asoslari» fanidan yakuniy nazorat -variant

<sub>Yarim o’tkazgichli diodlar va triodlar.

r-n utish Elektr toqini bir tamonlama utkazish xususiyatiga ega ekanligidan uzgaruvchan toqlarni to’g’rilashda foydalaniladi. (Vakumli diodga uxshash). Shuning uchun 1 ta r-n utishga ega bo’lgan yarim o’tkazgichli kurilmaga yarim o’tkazgichli diod deyiladi. Misol tarikasida nuqtaviy germaniy diodini qarab chikamiz. (1-rasm)
Yarim o’tkazgichli diodlar konstruksion tuzilishiga qarab nuqtaviy va yassi bo’ladilar. Bu diodda Volframdan yasalgan nozik o’tkazgich n-tipli germaniyni alyuminiy bilan koplagan uchiga takalgan. Agar diod orqali to’g’ri yunalishda qisqa muddatli toq impulsi yuborilsa Ge da Al ni konsentratsiyasi keskin oshadi. Natijada Al bilan boyigan r-utkazuvchanlikka ega Ge katlami hosil bo’ladi.
1-rasm. Bu katlam chegarasida juda yuqori to’g’rilash koeffitsentiga ega, r-n</sub> utish paydo bo’ladi. Kontakt katlam sigimining kichikligidan nuqtaviy diodlar yuqori chastotali tebranishlardan to santimetrli to’lqin uzunlikni diapazonigacha to’lqinlarni to’g’rilovchi sifatiga ishlatiladi.

2-rasmda yassi mis ikki oqsidli (_{Cu2O) yarim o’tkazgichli diodning sxemasi tasvirlangan. Mis plastinkaga ximiyaviy ishlov berish yo’li bilan mis ikki oqsid Cu2O ustirilgan bo’lib oxirgi kumush katlami bilan koplangan. Mis plastinkaga tegib turgan va mis bilan boyitilgan Cu2O katlam Elektron utkazuvchanlikka, tayerlash jarayenida kislorod bilan boyitilgan misga yepishib turgan katlam esa, teshik utkazuvchanlikka ega. Shunday qilib, Cu2O katlamida r-n utish paydo bo’ladi. Uning berkituvchi katlami toqni faqat Cu2O dan Si yunalishida utkazadi xalos.Yarim o’tkazgichli diodning turlari nixoyatda kup bo’lib, ular va kuumli dioddan kator ustunliklarga ega: gabarit ulchamlarining kichikligi, F.I.K.ning yuqoriligi, xizmat muddatining uzunligi, ishga doimiy tayerligi va shularga uxshashlar. Lyokin ular kamchilikdan xam holi emaslar. Masalan: haroratga juda segirligi, shuning uchun ularning ish haroratlari chegaralangan (-700S dan 1200S) gacha bo’ladi.r-n utishlardan uzgaruvchan toqni to’g’rilashdan tashkari Elektr tebranishlarini kuchaytirishda, sxemaga teskari boglanish kiritilsa, Elektr signallarni generatsiyalash (hosil qilishda)da keng foydalaniladi. Bu vazifalarni bajaruvchi yarim o’tkazgichli kurilmaga triod yoki tranzistor deyiladi. Тriodlar uzida 2 ta r-n utishni mujassamlashtirgan bo’lib, ular xuddi vakuumli triodlar kabi ishlaydilar. Тranzistorni birinchi bo’lib amerikalik olimlar D.Bardin, U.Shoqli va U.Bratteynlar 1949 yilda buned kildilar. Bu kashfiyetlari uchun ular 1956 yil Nobel mukoffoti lauriyati bo’lganlar.}

6._{Тranzistorlar tayerlashda asosan germaniy va kremniy yarim o’tkazgichlaridan foydalaniladi. Bunga sabab ularni ximiyaviy barkarorligi, toq tashuvchi zarrachalarining harakatchanligining yuqoriligi va katta mexaniq mustaxkamlikka ega ekanligidir. Yarim o’tkazgichli triodlar xam konstruksion tuzulishiga qarab diodlar kabi nuqtaviy va yassi bo’ladilar. Nuqtaviy triodlar kuchlanishni sezilarli kuchaytirgani bilan kizish xavfli bo’lganidan kam kuvvatlidir. Masalan: germaniyli nuqtaviy triodning ishchi haroratining yuqorigi chegarasi 800S dan oshmaydi.Yuqori kuvvatga ega bo’lgan yassi triodlar utkazish soxalarining navbatlashishiga qarab r-n-r yoki n-r-n tipida yasaladi. Biz n-tipli yarim o’tkazgich asosida tayerlangan triodni, ya’ni r-n-r tipida tayerlangan yassi triodni ishlash prinsipi bilan tanishamiz. Yarim o’tkazgichli triodda Elektrodlar vazifasini emitter, baza va kollektorlar bajariladi. Baza tranzistorni o’rta qismi bo’lib n-utkazuvchanlikka ega. Uning chap va ung tamonlariga r-tip utkazuvchanlikka ega emmitter va kollektro yepishib turadi. Т}ranzistor Elektr sxemaga to’g’rilashda va kuchaytirishda ishtiroq kilmaydigan metall o’tkazgichlar yerdamida ulanadi. Emmitter va baza oraligiga to’g’ri yunalishda doimiy siljish kuchlanishi beriladi.

g acha yetishi mumkin.

Chikish karshiligida ajraladigan uzgaruvchan toq kuvvati, emitter zanjirida sarflanadigan kuvvatdan katta bo’lishi mumkin. Shuning uchun tranzistor kuvvatni xam kuchaytiradi. Bu kuvvatning kuchayishi kollektor zanjiriga ulangan toq manbai energiyasi hisobiga yuzaga keladi._{n-r-n tipidagi tranzistorning ishlash prinsipi r-n-r tip tranzistornikiga uxshaydi, ammo teshiklar vazifasini Elektronlar bajaradi.Yarim o’tkazgichli triodni vakuumli triod bilan takkoslaylik. Bu ikkala triod yerdamida kuchlanishni va kuvvatni kuchaytirish mumkin. Vakuum triodda anod toqi qiymati tur kuchlanishi bilan boshqarilsa, tranzistorda lampani anod toqiga mos kollektor toqi, emitter kuchlanishi bilan boshqariladi. Shunday qilib, tranzistorda anod vazifasini-kollektor, katod va tur vazifasini emitter bajaradi desa bo’ladi.Тranzistorlar vakuumli triodlarga nisbatan kator afalliklariga xam ega: 1 gabarit ulchamlarining kichikligi, F.I.K.ning yuqoriligi, xizmat muddatining uzun ekanligi, kizishi lozim bo’lgan noqalning yo’qligi, vakuum hosil qilishga muxtojmasligi, lampa urnatiladigan uyaning kerak emasligi va x.k. va shunga uxshashlar.
3.} ^{Hozirgi vaqtda bipolyar tranzistorlar (BPT) va ularning yangi turi izolyatsiyalangan maydon effektli tranzistorlar (MOSFET) 50 A gacha bo'lgan toklarni va 500 V gacha kuchlanishni almashtirish sohasida asosiy to'liq boshqariladigan quvvat elektronikasi qurilmalaridir. Yuqori darajadagi tok va kuchlanish darajalari bir necha kilovoltgacha bo'lgan yuqori voltli quvvat moslamalarining joyini izolyatsiya qilingan eshikli bipolyar tranzistorlar (IGBT) egallagan.1980-yillarda paydo bo'lgan MOSFET-lar ideal kalitga o'xshash xususiyatlarga ega edi va eng mashhur asosiy elementlar edi. Biroq, ularning qo'llanilish doirasini cheklaydigan asosiy parametr drenajdagi ruxsat etilgan kuchlanish ekanligi ma'lum bo'ldi. Ochiq tranzistorning kanal qarshiligi buzilish voltajining kvadratiga mutanosib ravishda o'sib borganligi sababli, etarli darajada yaxshi xususiyatlarga ega yuqori voltli MOSFET tranzistorlarini yaratish hali ham mumkin emas. Bu ularni yuqori samaradorlikka ega qurilmalarda ishlatishni qiyinlashtiradi. 80-yillarning o'rtalarida maydon tomonidan boshqariladigan bipolyar tranzistorni yaratish g'oyasi paydo bo'ldi va 90-yillarning o'rtalarida IGBT tranzistorlari bir qator kompaniyalar kataloglarida paydo bo'ldi (ular orasida birinchilardan biri Xalqaro rektifikator) . Hozirgi vaqtda ushbu tranzistorlar yarimo'tkazgichli qurilmalarning barcha etakchi ishlab chiqaruvchilarining kataloglarida joylashgan. KVt quvvatli yuqori voltli quvvat konvertorlari maydonidan tashqari, IGBT tranzistorlari maishiy texnika vositalarida keng tezlikni boshqarish diapazoniga ega bo'lgan nisbatan kam quvvatli drayverlarni boshqarish uchun ishlatiladi. Shunday qilib, IGBTlar kir yuvish mashinalarida va inverterli konditsionerlarda qo'llanilishini topdi. Ular, shuningdek, avtomashinalarni elektron yoqish uchun yuqori voltli kalit sifatida muvaffaqiyatli ishlatilmoqda. Ushbu zamonaviy kommutatsion tranzistorlar telekommunikatsiya va server tizimlarida quvvat manbalarini almashtirishda keng qo'llaniladi.IGBT - bu induktsiya qilingan kanal bilan nisbatan past kuchlanishli MOSFETdan boshqariladigan bipolyar pnp tranzistor 1. IGBT tranzistorining ekvivalent davrlari IGBT moslamalari - bu ikkala bipolyar (past darajadagi voltajning pasayishi, yuqori kuchlanish kuchlanishlari) va MOSFETlarning (past boshqaruv quvvati, yuqori o'tish tezligi) ijobiy fazilatlarini birlashtirishga imkon beruvchi murosali texnik echim. Shu bilan birga, ularning yo'qotishlari maydon effektli tranzistorlar singari oqim kvadratiga emas, balki oqimga mutanosib ravishda o'sadi. IGBT tranzistorlarining maksimal kuchlanishi faqat texnologik buzilish bilan cheklanadi va bugungi kunda ish kuchlanishi 4000 V gacha bo'lgan qurilmalar ishlab chiqarilmoqda, tranzistorda qoldiq kuchlanish yoqilgan holatda 2 ... 3 V dan oshmaydi .Tezlik jihatidan IGBT quvvatli qurilmalar hali ham MOSFET tranzistorlaridan kam, ammo ular bipolyarlardan ustundir.Asosiy IGBT katakchasining tuzilishi shakl. 2a. U drenaj maydonida qo'shimcha p + qatlamini o'z ichiga oladi , buning natijasida juda katta maydonga ega bo'lgan pnp bipolyar tranzistor hosil bo'ladi, bu muhim oqimlarni almashtirishga qodir. Tuzilishning yopiq holatida epitaksial n - qatlamning tükenme hududiga tashqi kuchlanish qo'llaniladi . Izolyatsiya qilingan eshikka ijobiy tanqislik qo'llanilganda , p-mintaqasida o'tkazuvchi kanal paydo bo'ladi (rasmda u nuqta chiziq bilan ko'rsatilgan) va mos keladigan MOS tranzistor yoqilgan bo'lib, bipolyar pnp tranzistor ochilishini ta'minlaydi. Hujayraning tashqi pinlari orasida? oqim kollektor va emitent orqali oqishni boshlaydi. Bunday holda, MIS tranzistorining drenaj oqimi ( B) da kuchaytirilgan bo'lib chiqadi+1) marta. Bipolyar tranzistorlar ochilganda haqida, qarama-qarshi tashuvchilar (elektronlar va teshik) GO oqadi N - mintaqaning bu mintaqaning qarshilik kamayishiga va qurilmada qoldiq kuchlanish qo'shimcha kamayishi sabab bo'ladi.
Shakl.2. Ochiq qurilmadagi kuchlanish pnp tranzistorining (diod komponenti) oldinga yo'naltirilgan emitent birikmasidagi kuchlanish yig'indisi va modulyatsiya qilingan n - mintaqaning (ohmik komponent) qarshiligidagi kuchlanish pasayishi :
bu erda R MDS - IGBT strukturasidagi MOSFET tranzistorining qarshiligi (epitaksial n - qatlamning qarshiligi ); b - bipolyar pnp tranzistorining tayanch oqimining uzatish koeffitsienti Hozirgi vaqtda IGBT tranzistorlaridagi kuchlanish pasayishini ochiq holatda kamaytirish, ruxsat etilgan oqimlar, kuchlanish va xavfsiz ishlash sohalarini kengaytirish uchun ular vertikal eshik texnologiyasi - xandaq-shlyuz texnologiyasi yordamida ishlab chiqarilmoqda (2-rasm). 2b). Bunda birlik katakchasining kattaligi 2 ... 5 marta kamayadi Qoida tariqasida, IGBT tuzilishi ishlab chiqilgan ishlaydigan oqimlar oralig'ida qurilmadagi qoldiq kuchlanish haroratga zaif bog'liq . Ochiq qurilmadagi kuchlanish pasayishining yuqori voltli MOSFET tranzistorli IRF840 va IGBT tranzistorlari uchun 10 A oqimdagi haroratga bog'liqligi.IGBT qurilmasining kuchaytiruvchi xususiyatlari S moyilligi bilan tavsiflanadi, bu IGBT strukturasidagi MIS va bipolyar tranzistorlarning kuchaytiruvchi xususiyatlari bilan belgilanadi. Shunga ko'ra, IGBTlar uchun nishab qiymati bipolyar va MOS tranzistorlariga nisbatan yuqori.IGBT strukturasining dinamik xarakteristikalari ichki parazitik sig'imlari bilan aniqlanadi, ular MIS tranzistorining interelektrodlar sig'imlari va pnp tranzistorining qo'shimcha quvvatlaridan iborat.IGBT o'chirilganida yig'ilgan zaryadning tarqalish vaqti va oqimning pasayishi odatiy qiymatlari mos ravishda 0,2 ... 0,4 va 0,2 ... 1,5 ms oralig'ida. Zamonaviy IGBT tranzistorlarining xavfsiz ishlash maydoni 10 dan 20 kHz gacha chastotalarda kommutatsiya yo'lini shakllantirish uchun qo'shimcha sxemalarni ishlatmasdan ularning ishonchli ishlashini muvaffaqiyatli ta'minlashga imkon beradi.}