Транзистор жұмысының шекті режимдері.

Описание презентации по отдельным слайдам:

• 

  1 слайд

  Транзистор жұмысының шекті режимдері.
  Калакова Гульсим Кабдуловна
  А.Байтұрсынов атындағы ҚМУ
  Gulsim_1507@mail.ru
  

• 

  2 слайд

  Шекті режимдерінің шамалары. Транзистор жұмысының жіберілетін шекті шамалары жіберілетін максималды кернеу және токтармен, максималды қуаттармен және құралдың корпусының мүмкін болатын температурасымен анықталады. Транзисторды істен және нормалды жұмыс тәртібінен шығаратын негізгі себептер: ауысулар арасындағы шамадан тыс көп кері кернеу және ауысулар арқылы токты көбейткендегі құрылғының қызып кетуі.
  

• 

  3 слайд

  Транзисторларға арналған анықтамалық деректерде әдетте эксплуатационды шамалар туралы айтылады:
  Коллектор-эмиттердің Uкэ.max жіберілетін максималды тұрақты кернеуі немесе сток-исток Uси.max
  Коллектор-эмиттердің Uкэ.max жіберілетін максималды импульсті тұрақты кернеуі
  Коллектордың тұрақты немесе импулсті токтары Iк.max және Iк.и.max;
  Тұрақты немесе импульсті ток базалары Iб.max және Iб.и.max;
  Бекітпедегі тұрақты немесе импульсті кернеулер Uз.max және Uз.max
  Коллектордың тұрақты немесе импульсті қуаттары Рк.max немесе Рк.и.max немесе ағып кететін Рс.maxнемесе Рс.и.max;аналогты қуаттар ,
  ауысу*ді шекті температурасы Тп.max немесе Тк.max құрылғының бөлігі.
  
  

• 

  4 слайд

  Барлық аталған шамалар шекті режимдердің ақаудың(пробойдың) бір түрімен ескеріледі : кернеу бойынша-көшкіннен, ток бойынша-токтың немесе жылулық, қуат бойынша- ауысудың максималды температурасына негізделген. ?
  
  

• 

  5 слайд

  Ақау(пробой) түрлері.
  алғашқы
  салдарлық
  

• 

  6 слайд

  Транзистордың алғашқы ақаулары(пробойлары) қайтымды болуымен еркешелінеді. Егер транзистор ақау(пробой) режиміне түсетін болса, онда оның жұмыс тәртібі бұзылады, бірақ ақау(пробой) режимінен шыққанда жұмыс тәртібі орнына қайтып келеді. Кез-келген салдарлы ақау(пробой) қайтымсыз
  
  

• 

  7 слайд

  Алғашқы ақаудың(пробойдың) негізі түрлері
  көшкінді
  жылулық
  токты
  

• 

  8 слайд

  Көшкінді ақауды(пробойды) кей кезде электрикалық деп те атайды, себебі ол аралас ауысуда ең үлкен кернеу болған кезде пайда блады. Көшкіндік режимде тасымалдаушылардың көбеюін мынандай формуламен анықтауға болады:
  
  (7,1)
  
  

• 

  9 слайд

  
  
  
  
  
  
  
  
  сурет 7.1. биполярлы транзистордың және қарапайым транзистордың вольт-амперлі сипаттамалары
  Мұнда Uобр — ауысуға салынған кері кернеу, Uпроб –көшкіндік ақаудың(пробойдың) кернеуі Uобр -> Uпроб көшкіндік ақаудың(пробойдың) коэффициенті тұрақты өседі (М ->).
  
  

• 

  10 слайд

  Транзистордағы ақау(пробой) эмиттерлі мен коллекторлы ауысуда бір-біріне тәуелді ерекшеліктері бар. Коллектор-эмиттердің салынған кернеуі коллекторлы ауысу кернеуді әрқашан аз болады. Бұл эмиттерлі аусысудың коллекторлы ауысудан айырмашылығын көрсетеді. Коллекторогы көшкіндік көбейткіштері мына формуламен анықталады:
   
  (7.2)
   
  Ақаулық(пробойлық) режимдегі транзистордың ток базасы:
  
  (7.3)
  
  

• 

  11 слайд

  Егер транзистор сөндірілген базамен жұмыс істесе (немесе базаға үлкен кернеу қосылса) онда Iб0 коллектор тогы мынандай мәнге ие:
   
  (7.4)
  (7.4) формуласынан коллектор тогының М*В туындысы жақындаған сайын өсетінін көрсетеді. Сол кезде коллекторлы ауысудың ақауы(пробойы) М*B > туындысы өте үлкен кернеу кезінде орындалады. Бұл құбылыс сөндірілген база ішінде оң кері байланыс жүретінімен түсіндіріледі. Көшкіндік көбейтуден болған зарядтар базаға жиналып, оның заряды көбейеді. Бұл эмиттерден қосымша тасымалдаушылардың ағып келуіне әсер етеді, олар коллектор тогының өсуіне әкеліп соғады. Бұл үрдіс эмиттерлі көбейюмен көшкіндік ақау(пробой) деп аталады. Бұл кері байланыстың шамасына сызбалы жолмен әсер етуге болады. Егер транзистор эмиттеріне кері кернеу беретін болса, онда оның әсері жылдам азады және салынған кернеу артады. Бұл әсерді эмиттер тізбегіне кедергіні енгізу арқылы алуға болады.
  
  

• 

  12 слайд

  Көп қолдануларда, әсіресе қуатты транзисторлар үшін база мен эмиттерлер арасында Rб. кішкене кедергіні қосуға болады. Көшкіндік ақаудың(пробойдың) кернеуін анықтау үшін мына формула қолданылады:
   
  (7.5)
   
  Мұнда U — кедергі базасымен Rб эмиттер арасына қосылатын кернеу, Uкб.проб—коллектор-база ауысуында болатын көшкіндік ақаудың(пробойдың) кернеуі, Rб—база мен эмиттер арасындағы кедергі, Rэ — эмиттер тізбегіндегі кедергі.
  
  

• 

  13 слайд

  Осындай жолмен, транзистордың анықтамалық деректерінде көшкіндік ақаудың(пробойдың) 3 әр түрлі кернеуін табуға болады:
  кернеу Uкэо —сөндірілген база бойынша ақаудың(пробойдың) кернеуі Iб=0);
  кернеу UкэR > Uкэо — база мен эмиттер арасындағы кедергіні Rб қосқандағы ақау(пробой) кернеуі ( Рэ=0 кезінде);
  кернеу Uкэк — эмиттерден тұратын (Rб=0) базадағы кернеу. Бұл кернеулердің барлығы коллектор база ауысу*індегі кернеуден аз Uкб.проб,яғни . Uкб.проб > Uкэк > UкэR > Uкэо.
  
  

• 

  14 слайд

  7.2 суретінде базадағы транзистордың вольтамперлі сипаттамлары көрсетліген. Транзисторларды кернеуді қолданған кезде кернеуге сызба жолы арқылы әсер етуге болады.
  
  
  
  
  
  
  
  
  Сурет 7.2 Биполярлы транзистордың вольт-амперлі сипаттамалары
  
  
  

• 

  15 слайд

  Транзистордың жылулық ақауы(пробойы) p-n-ауысуы кезінде температураның артуы кезінде пайда болады. Температура өскен сайын шығатын ток артады және жартылай өткізгіш белгілі бір күйге енеді, ал p-n-ауысуы жойылады. Бұндай құбылысты кристалдардың өзін-өзі өткізу жағдайына өту деп аталады.
  

• 

  16 слайд

  Шынайы жағдайларда бұл құбылыс температураның өсуін әрдайым тоқтатпайды, себебі температураның шамадан тыс аз кезінде температураға деген тәуелділік тым көп болады, мысалы ток жіберілуінің коэффициенті немесе жұмыс кернеуінің шегі.
  Транзистор қуаттары кез-келген жұмыс режимінде маңызды орын алады, бірақ ол транзистор қосылып немесе сөніп тұрған кезде максималды. Коммтация жиілігінің ең жоғары кезінде шығындар жиілікке пропорционалды өседі. Қолданылатын қуаттың өсуі кезінде температура да өседі.
  
  

• 

  17 слайд

  Транзистордың жылулық режимін бағалау үшін жылулық кедергі деген түсінік енгізіледі. Ауысулар арасындағы жылулық кедергіні ауысулар Тө температурасы және транзистор пайдаланылатын қуат Рпот арақатынасы арқылы анықталады. Осылай, жылулық кедергі жылытатын қуаттың бірлігіне түсетін температура ретінде анықталады:
   
  (7.6)
   
  Жылулық кедергі ауысу-орта ауысу температурасы Тп және қоршаған орта То арақатынасы арқылы есептеледі:
   
  (7.7)
   
  Егер де транзисторда импульсті ток ағып өтетін болса, онда жылулық кедергі уақытқа тәәуелді болады. Бұл жағдайда ол өтетін болады және ток импультарына және уақытқа тәуелді болады.
  
  

• 

  18 слайд

  Транзисторларға арналған анықтамалықтарда:
  Жылулық кедергі Rт.ө-к;
  Ауысудың шекті температурасы Тө.макc
  транзисторда шекті орташа (немесе импульсті ) қуаттардың шығыны Ршығ.макс;
  Корпус жіберілетін шекті температура Тк.макс
  
  

• 

  19 слайд

  Транзистор бөлігінің температурасын өлшеуге болады. Бұл үшін қуатты құрылғыларда өлшеу өткізілетін нүкте болуы керек. Эксплуатация үрдісі кезінде транзистор температурасын өлшеу мүмкін емес. Бұл жағдайларда белгілі бір шаманың температура тәуелділігіне негізделген жанама әдістерді қолданады. Бұл әдістер құрылғының негізгі нүктесіндегі температураны анықтаға мүмкіндік бермейді. Орташа температураны анықтау үшін жылулық кедергіні қолданады. Тұрақталған режимде тиімдіні температураны мына формуламен анықтайды:
  
  (7.8)
  немесе
  
  (7.8а)
  
  

• 

  20 слайд

  Ауысудың транзистордағы қуатты шығынын мына формуламен анықтайды:
   
  (7.9)
   
  Мұнда Тп.макс = 200°C кремний үшін және 150°С — германий үшін.
  
  (7.9) формуласын, Тс= Тп.макс температураасындағы орта транзисторды қолдану мүмкін емес, себебі жіберілетін қуат нолге тең. Транзистор қолданатын қуат коллекторлы ауысуда шығындалады, онда:
  
  (7.10)
  
  

• 

  21 слайд

  Бұл қуатты қолданудың гиперболасын анықтайды, график 7.3 суретінде көрсетліген.
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  Сурет 7.3 Максималды қолданылатын қуаттың гиперболасының құрылысы
  Тс и Rт.п-с тұрақты шамалар кезінде қолданылатын қуат ауысу температурасын анықтаса, онда гипербола жылулық ақаудың(пробойдың) өңделуіне себеп болады.
  

• 

  22 слайд

  Транзистордың токты ақауы(пробойы) токтың мүмкін болатын мәнінің максималды шегіне жеткенде орындалады. Коллектор тогының теоретикалық максималды мәні коллектор-эмиттер бөлігіндегі ортақ зарядың және зарядтар кеңістігінің ортақтығына байланысты анықталады:
  
  (7.11)
   
  Мұнда Ск — коллектор-базасы сыйымдылығы (коллекторлы ауысудың ауданына пропоционалды), Enp 105B/см — ауданға салынған кернеу, Vs  6*106см/с — заряд тасымалдаушыларының дрейф қанықтыру жылдамдығы
  
  

• 

  23 слайд

  Тәжірбиеде ток мәні ешқашан жетілмейді және әдетте транзистор ішінде Iк.макс байланыстардың үзілуімен анықталады (тасымалдаушылардың жаным кетуі). Жіберілетін ток мәні әдетте транзисторларға арналған анықтамалық деректерде көрсетіледі.
  Егер де токтық ақау(пробой) тасымалдаушылардың жанып кетуіне байланысты болмаса, онда ол қайтымды болады.
  Транзистордың екілік ақауы(пробойы) алғашқы ақаудың(пробойдың) бір түрінің пайда болуы кезінде немесе алғашқы ақаудың(пробойдың) бәсеңдегені кезінде жүзеге асырылады. Екілік ақаудың(пробойдың) дамуы әдетте коллектордың жоғары кернеулері бар бөлігінде болады және «токтық баудың» дамуымен байланысты. Сонымен қоса коллекторлы ток коллектордың өте аз бөлігінде жүзеге асады, ол бөлік балқиды және базамен қоса коллекторды де жабады. Екілік ақау(пробой) ток және кернеу мәндерінде болады және максималды қуаттардың аз деген гиперболасына байланысты. (сурет. 7.3).
  
  

• 

  24 слайд

  Егер транзистор күшейткіш режимде жұмыс істесе, онда екілік ақаудың(пробойдың) дамуы және токтық бау термикалық тұрақтылықтың жоғалуымен байланысты, сонымен қоса токтың өсуі оның температурасының артуына әкеп соғады, ал температураның өсуіне байланысты ток артады. Бұл үрдіс құрылғының балұуына әкеп соғады.
  Екілік ақаудың(пробойдың) дамуындағы электрикалық және жылулық механизмдер жалғыз емес. Шынайы транзисторлардағы ток концентрациясы және екілік ақаудың(пробойдың) дамуы кристалдардағы дефектінің бар болуына себепті. Бірақ та екілік ақаудың(пробойдың) дамуының себебі қандай болғанына қарамастан, оның нәтижесі ток бауы мен кристаллды балқытудың локалды жануы болып табылады.
  

• 

  25 слайд

  Екілік ақаудың(пробойдың) дамуына арнайы уақыт керек, ол 1...100мкс құрауы мүмкін. Бұл уақытты екілік ақаудың(пробойдың) дамуындағы тежелген уақыт деп атайды. Егер де қауіпті режимде транзисторды табу уақыты екілік ақаудың(пробойдың) дамуы уақытынан аз болатын болса, онда екілік ақау(пробой) пайда болмайды. Сондықтан ток импульстерінің транзисторда қысқа уақыт ішінде болатын болса, онда екілік ақау(пробой) пайда болмауы да мүмкін. Зерттеу кезінде, екілік ақаудың(пробойдың) даму уақытында базалар тізбегінде жоғарғы жиілікте автотербелістер пайда болуы мүмкін екендігі дәлелденген болатын.
  
  

• 

  26 слайд

  7.4 суретінде екілік ақаудың(пробойдың) дамуы кезінде транзистордың әр түрлі бөліктеріндегі вольт-амперлі сипаттамалары көрсетілген: күшейткіш режимнен (а), пассивті жабу бөлігінен (б) және активті жабу бөлігінен (эмиттерлі ауысудың кері жылжуына байланысты) (в). Барлық үш жағдайдада коллектор тогының өсуі мен коллектордағы кернеудің азаюы болады.
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  Сурет 7.4 күшейткіш режимнен салдарлы ақау(пробой)дың даму графикасы (а), пассивті жабылу облысы(б ) және активті жабылу облысы (в)
  
  

• 

  27 слайд

  Екілік ақау(пробой) жүйелік транзисторларда болмайды. Мысалы, p-n-ауысулармен басқарылатын жүйелік транзисторлар үшін 7.5 суретінде көрсетілгендей, температура өскен сайын ток шығыны азаяды. Осындай жолмен, ток шығыны кезінде құрылғының қызып кетуі оның үлкеюіне мес, төмендеуіне әкеліп соғады. Соңғысы бойынша, оң жылулық кері бағытының жоқтығы мен транзистордың өзін-өзі қыздыруы мүмкіндігі жоқ екенін білдіреді.
  
  

• 

  28 слайд

  
  
  
  
  
  
  
  Сурет 7.5 p-n-ауысу*і бар транзистордың ток шығынының температуралық тәуелділігі
  
  

• 

  29 слайд

  Транзистордың қауіпсіз жұмысының бөлігі ақаудың(пробойдың) бір түріне транзистордың сенімді жұмысының белгілі бір бөлігінің кіру интервалының шегін анықтайды.Әдетте, Қауіпсіз жұмыс бөлігі(ҚЖБ) Iк(Uкз) координаттары арқылы құрастырылады. ҚЖБ-ң статистикалық және импульсті түрі бар. Статикалық ҚЖБ (сурет 7.6а) белгілі бір бөліктермен шектеледі: токтық ақау(пробой) (1), жылулық ақау(пробой) (2), екілік ақау(пробой)(3) және көшкіндік ақау(пробой) (4). Логарифмдік масштабта ҚЖБ-ның құрастыруда оның барлық бөлігі тура сызықты түрге ие болады.
  
  

• 

  30 слайд

  
  
  
  
  
  
  Сурет 7.6. Статистикалық режимде биполярлы транзистордың қауіпсіз жұмыс бөлігі (а) және импульстік режимде коллектор тогының әр түрлі ұзақтықтағы импульсі(б)
  

• 

  31 слайд

  Импульсті ҚЖБ коллектор тогының Iк.макс максималды импульсі мен ақаудың(пробойдың) максималды импульсті кернеуімен Uкэ.и.макс анықталады. Жылулық ақаумен(пробоймен) мерзімделген транзисторда кішкентай импульсті бөліктер жоқ болуы мүмкін. 1 мкс импульсті ұзақтығында ҚЖБ тек қана екі шекке ие Iк.и.макс және Uкэ.и.макс.
  Импульс ұзақтығының үлкеюі кезінде ҚЖБ шектейтін салдарлы ақаудың(пробойдың) (2) және жылулық ақаудың(пробойдың) (3) бөліктері пайда болады.
  
  

• 

  32 слайд

  Транзистордың қауіпсіз жұмысының шекті бөліктері оның корпусының температурасына тәуелді. ҚЖБ транзисторы шектерінің температурасы көтерілген сайын ол солға қарай жылжиды. Көшкінді және екілік ақау(пробой) мен мерзімделген ҚЖБ шектері температураға тәуелді емес.
  Ақаудан(пробойдан) транзисторды қорғау. Транзисторды қолдану кезінде ҚЖБ-ның шегінен шықпай оның ішінен жұмыс нүктелерін табу керек. ҚЖБ-ның кішкене бөлігінен жұмыс нүктесінің шығуы транзистордың ақау(пробой) бөлігіне түсіп кетуіне әсер етеді. Транзисторды мүмкін болатын ақаудан(пробойдан) қорғау үшін әдетте кілттік режимде транзисторды қайта қосудың траекториясын жасайды. Бұл үшін транзисторға қосымша тізбектерді жалғайды, оның құрамына резисторлар, сыйымдылық, диодтар және стабилитрондар кіреді. Бұл тізбектердің шамаларын тәжірбиелі жолмен табады немесе есептейді. Бұндай сызбаның кейбіреуі 7.7 суретінде көрсетілген.
  
  

• 

  33 слайд

  Транзисторды индуктивті жүктеу кезінде ол және С элементтерінен тұратын қарапайым тізбекті қолданады, сурет 7.7. Бұл тізбек келесі жолмен жұмыс істейді. Транзисторды жабу кезінде индуктивті жүктемемен ток мәні мен бағытын өзгертпей RС-тізбегіне өтеді және С конденсаторды зарядтайды. Энергияның жартысы R резисторына жұмсалады. Осының арқасында импульс алынады
  
  

• 

  34 слайд

  
  
  
  
  
  
  
  Сурет 7.7 RC-тізбегі (а) арқылы транзисторды көшкіндік ақаудан(пробойдан) қорғау, диодтан (б) және сталитроннан (в)
  
  

• 

  35 слайд

  Ол транзистор коллекторында үлкен амплитудамен болады. Бұндай тізбектің элементтерін мына формуламен анықтайды:
  
  (7.12)
  
  
  
  Мұнда Uм — қоректену көзі кернеуінің арасындағы айырым Eк, және коллектор-эмиттер мүмкін болатын максималды кернеу, ол ҚБЖ-мен анықталады.
  

• 

  36 слайд

  RС-тізбегінің орнына диодно-резистивті тізбекті қолдануға болады цепь, 7.7б суретінде көрсетілген. Бұл сызбада транзисторды жабу кезінде диод D ашылады және индуктивті жүктеменің тогы өтеді. Ток импульсіндегі диод амплитудасын сөндіру үшін, онымен бірге кейде кедергі бірге қосылады. Транзистордағы кернеудің түсуі диодтағы кернеудің тура құлауына тең.
  Барлық қаралған тізбектер транзистордағы кернеуді шектейді және транзисторды көшкіндік ақаудан(пробойдан) қорғайды. Транзисторды қызып кетуден және жылулық ақаудан(пробойдан) қорғау үшін суытқыштарды қолданады. Суытқыштарды қолдану транзисторды қызып кетуден қорғайды.
  
  

• 

  37 слайд

  Транзисторларды екілік ақаудан(пробойдан) қорғау ең күрделі мәселе болып табылады. Транзисторда екілік ақаудың(пробойдың) дамуы кезінде транзистор базаны басқаруды жоғалтады, және базаға кері жылжыту береді. Бұдан қорғанудың жалғыз жолы салдарлы ақауды(пробойды) шектеу кезінде тез әрекет ететін тиристордың көмегімен қорғау.
  Транзисторды салдарлы ақаудан(пробойдан) қорғаудың қарапайым сызбасы 7.8 суретінде көрсетілген. Сызбада тиристормен D басқару салынған, транзистор Т ол базада тербеліс пайда болған кезінде бәсеңдейді.
  

• 

  38 слайд

  
  
  
  
  
  
  
  7.8. сурет Транзисторды салдарлы ақаудан(пробойдан) қорғау
  
  

• 

  39 слайд

  Назарларыңға рахмет!!!