Файл: Electron_SE.pdf

46

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

2.4.6. Îäíîïåðåõ³äíèé òðàíçèñòîð

Îäíîïåðåõ³äíèé  òðàíçèñòîð àáî äâîáàçîâèé ä³î䠖 öå ÍÏ ïðè-

ëàä ç îäíèì p-n ïåðåõîäîì. Éîãî ñõåìàòè÷íà êîíñòðóêö³ÿ ³ ÂÀÕ íàâå-

äåí³ íà ðèñ. 2.24.

U

ÁÁ2

U

ÁÁ1

+

_

n

Á

1

Á

2

Å

U

Å

U

ÁÁ

U

ÁÁ3

U

Å

I

Å

0

I

Å

çîíà

íåãàòèâíîãî

îïîðó

p

à)                                                     á)

Ðèñ. 2.24 – Îäíîïåðåõ³äíèé òðàíçèñòîð: à) êîíñòðóêö³ÿ; á) âõ³äíà ÂÀÕ

Øàð p-òèïó ìຠíàçâó åì³òåðà, à çîíè ìîíîêðèñòàëà ïî îáèäâà áîêè

åì³òåðà, ùî ìàþòü åëåêòðîííó ïðîâ³äí³ñòü, íàçèâàþòüñÿ áàçàìè. Çàçâè-

÷àé, äîâæèíà íèæíüî¿ áàçè Á

2 

íàáàãàòî ìåíøà, í³æ äîâæèíà âåðõíüî¿

áàçè Á

1

. ßêùî äî êîíòàêò³â áàçîâèõ çîí ï³ä³ìêíóòè çîâí³øíþ íàïðóãó ³ç

çàçíà÷åíîþ íà ðèñ. 2.24 ïîëÿðí³ñòþ, òî ÷åðåç îáèäâ³ áàçè ïðîò³êàòèìå

íåâåëèêèé ñòðóì – òàê çâàíèé ñòðóì çì³ùåííÿ.

Îñê³ëüêè ä³ëÿíêà ì³æ áàçîâèìè åëåêòðîäàìè ìຠë³í³éíèé îï³ð, òî

ñïàä íàïðóãè íà áàçîâèõ çîíàõ ïðîïîðö³éíèé ¿õí³é äîâæèí³. Íàïðóãà íà

åì³òåðíîìó ïåðåõîä³ çóìîâëþºòüñÿ ð³çíèöåþ ïîòåíö³àë³â åì³òåðà òà

áàçîâî¿ çîíè Á

2

. ßêùî ïîòåíö³àë åì³òåðà íå ïåðåâèùóº ïîòåíö³àëó áàçè

Á

2

, òî åì³òåðíèé ïåðåõ³ä çì³ùåíèé ó çâîðîòíîìó íàïðÿìêó ³ ÷åðåç íüî-

ãî ïðîò³êຠíåâåëèêèé çâîðîòíèé ñòðóì. Ïðè çì³ùåíí³ åì³òåðíîãî ïå-

ðåõîäó ó ïðÿìîìó íàïðÿìêó åì³òåðíèé ñòðóì çðîñòàº, ³ ïðè ïåâíîìó

éîãî çíà÷åíí³ I

Å0

 ïî÷èíàºòüñÿ ëàâèíîïîä³áíå çìåíøåííÿ îïîðó áàçè Á

2

çà ðàõóíîê ïðîíèêíåííÿ íîñ³¿â çàðÿäó ÷åðåç p-n ïåðåõ³ä. Íàñë³äêîì öüîãî

º çíèæåííÿ íàïðóãè åì³òåðà çà îäíî÷àñíîãî çðîñòàííÿ åì³òåðíîãî ñòðó-

ì󠖠ä³ëÿíêà íåãàòèâíîãî îïîðó íà âõ³äí³é ÂÀÕ (òóò íåãàòèâíèì çì³íàì

íàïðóãè â³äïîâ³äàþòü ïîçèòèâí³ çì³íè ñòðóìó). Ïðè çì³íàõ çîâí³øíüî¿

ì³æáàçîâî¿ íàïðóãè U

ÁÁ

 ÂÀÕ çñóâàºòüñÿ, íå çì³íþþ÷è ôîðìè, ÿê ïîêà-

çàíî íà ðèñ. 2.24,á.

47

2. ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊβ ÏÐÈËÀÄÈ ÒÀ ¯Õ ÑÒÈÑËÀ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ

 Íàÿâí³ñòü ä³ëÿíêè ç íåãàòèâíèì îïîðîì äîçâîëÿº âèêîðèñòîâóâàòè

îäíîïåðåõ³äíèé òðàíçèñòîð ó åëåêòðîííèõ êëþ÷àõ, ãåíåðàòîðàõ, ðåëåé-

íèõ ñõåìàõ ³ ò. ³í. Äîíåäàâíà âîíè ÿêíàéøèðøå âèêîðèñòîâóâàëèñü ó

ïðèñòðîÿõ ãåíåðóâàííÿ ³ìïóëüñ³â êåðóâàííÿ òèðèñòîðàìè, ÿê³ ìè ðîç-

ãëÿíåìî íèæ÷å.

2.5. Óí³ïîëÿðí³ (ïîëüîâ³) òðàíçèñòîðè

2.5.1. Çàãàëüí³ â³äîìîñò³

Äî êëàñó óí³ïîëÿðíèõ íàëåæàòü òðàíçèñòîðè, ïðèíöèï ä³¿ ÿêèõ ´ðóí-

òóºòüñÿ íà âèêîðèñòàíí³ íîñ³¿â çàðÿäó ëèøå îäíîãî çíàêó (åëåêòðîí³â

àáî ä³ðîê). Êåðóâàííÿ ñòðóìîì ó ñèëîâîìó êîë³ óí³ïîëÿðíèõ òðàíçèñ-

òîð³â çä³éñíþºòüñÿ çì³íîþ ï³ä âïëèâîì åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ ïðîâ³äíîñò³

êàíàëó, ÷åðåç ÿêèé ïðîò³êຠñòðóì. Òîìó óí³ïîëÿðí³ òðàíçèñòîðè ùå

íàçèâàþòüñÿ  ïîëüîâèìè  (ÏÒ).

Ðîçð³çíÿþòü ÏÒ ç êåðóþ÷èì p-n ïåðåõîäîì (³ç çàòâîðîì ó âèãëÿä³

p-n ïåðåõîäó) òà ç ³çîëüîâàíèì çàòâîðîì. Îñòàíí³, â ñâîþ ÷åðãó, ïî-

ä³ëÿþòüñÿ íà ÏÒ ³ç âáóäîâàíèì êàíàëîì òà ç ³íäóêîâàíèì êàíàëîì.

ÏÒ  ç  ³çîëüîâàíèì  çàòâîðîì  íàëåæàòü  äî  ð³çíîâèäó  ÌÄÍ-òðàíçèñ-

òîð³â: êîíñòðóêö³ÿ «ìåòà렖 ä³åëåêòðèꠖ ÍÏ». ßêùî ÿê ä³åëåêòðèê

âèêîðèñòîâóþòü îêñèä êðåìí³þ: êîíñòðóêö³ÿ «ìåòàë – îêñè䠖 ÍÏ»,

ÏÒ íàçèâàþòü â³äïîâ³äíî ÌÎÍ-òðàíçèñòîðîì.

Õàðàêòåðíîþ ðèñîþ ÏÒ º âåëèêèé âõ³äíèé îï³ð (10

8

 – 10

14

 Îì).

Øèðîêîãî ðîçïîâñþäæåííÿ ÏÒ íàáóëè çàâäÿêè âèñîê³é òåõíîëîã³÷-

íîñò³ ó âèðîáíèöòâ³, ñòàá³ëüíîñò³ õàðàêòåðèñòèê ³ íåâåëèê³é âàðòîñò³ çà

ìàñîâîãî âèðîáíèöòâà.

2.5.2. Ïîëüîâ³ òðàíçèñòîðè

ç êåðóþ÷èì p-n ïåðåõîäîì

Êîíñòðóêö³ÿ òà ïðèíöèï ä³¿ ÏÒ ç

êåðóþ÷èì  p-n  ïåðåõîäîì  ïîÿñ-

íþºòüñÿ íà ìîäåë³, íàâåäåí³é íà

ðèñ. 2.25.

Ó òàêîãî ÏÒ êàíàë ïðîò³êàííÿ

ñòðóìó ÿâëÿº ñîáîþ øàð ÍÏ, íà-

ïðèêëàä,  n-òèïó,  âì³ùåíèé  ì³æ

I

Ñ

p

êàíàë

Ñ

Ç

Â

n

_

_

+

+

U

ÇÂ

U

C

Â

Ðèñ. 2.25 – ÏÒ ç êåðóþ÷èì

p-n ïåðåõîäîì

48

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

äâîìà p-n ïåðåõîäàìè. Êàíàë ìຠêîíòàêòè ³ç çîâí³øí³ìè åëåêòðîäà-

ìè. Åëåêòðîä, â³ä ÿêîãî ïî÷èíàþòü ðóõ íîñ³¿ çàðÿäó (ó äàíîìó ðàç³ –

åëåêòðîíè), íàçèâàºòüñÿ âèòîêîì Â, à åëåêòðîä, äî ÿêîãî âîíè ðóõà-

þòüñÿ –  ñòîêîì  Ñ.

ÍÏ øàðè p-òèïó, ùî ñòâîðþþòü ³ç n-øàðîì äâà p-n ïåðåõîäè, âèêîíàí³

ç á³ëüø âèñîêîþ êîíöåíòðàö³ºþ îñíîâíèõ íîñ³¿â, í³æ n-øàð. Îáèäâà p-

øàðè åëåêòðè÷íî ç’ºäíàí³ ³ ìàþòü çîâí³øí³é åëåêòðîä, ùî íàçèâàºòüñÿ

çàòâîðîì Ç.

Âèõ³äíà íàïðóãà ï³äìèêàºòüñÿ ì³æ ñòîêîì ³ âèòîêîì (U

ÑÂ

), à âõ³äíà

íàïðóãà (êåðóþ÷à) – ì³æ âèòîêîì òà çàòâîðîì (U

ÇÂ

), ïðè÷îìó íà çà-

òâîð ïîäàºòüñÿ çâîðîòíà ùîäî âèòîêó íàïðóãà.

Ïðèíöèï ä³¿ òàêîãî ÏÒ ïîëÿãຠó òîìó, ùî ç³ çì³íàìè âõ³äíî¿ íàïðóãè

U

ÇÂ

 çì³íþºòüñÿ øèðèíà p-n ïåðåõîä³â, ùî ÿâëÿþòü ñîáîþ ä³ëÿíêè ÍÏ,

çá³äíåí³ íîñ³ÿìè çàðÿä³â (çàï³ðíèé øàð). Îñê³ëüêè p-øàð ìຠá³ëüøó êîí-

öåíòðàö³þ äîì³øêè, çì³íà øèðèíè p-n ïåðåõîä³â â³äáóâàºòüñÿ, ãîëîâíèì

÷èíîì, çà ðàõóíîê á³ëüø âèñîêîîìíîãî n-øàðó. Ïðè öüîìó çì³íþºòüñÿ

ïåðåð³ç ñòðóìîïðîâ³äíîãî êàíàëó, à îòæå ³ éîãî ïðîâ³äí³ñòü ³ â³äïîâ³äíî

âèõ³äíèé ñòðóì I

C

 ïðèëàäó.

Îñîáëèâ³ñòü öüîãî òðàíçèñòîðà ïîëÿãຠó òîìó, ùî íà ïðîâ³äí³ñòü

êàíàëó âïëèâຠÿê êåðóþ÷à íàïðóãà U

ÇÂ

, òàê ³ íàïðóãà U

ÑÂ

. Âïëèâ íà-

ïðóã íà ïðîâ³äí³ñòü êàíàëó ³ëþñòðóº ðèñ. 2.26, äå çàðàäè ñïðîùåííÿ íå

ïîêàçàí³ ä³ëÿíêè n-øàðó, ðîçì³ùåí³ ïîçà p-n ïåðåõîäàìè.

Íà ðèñ. 2.26,à çîâí³øíþ íàïðóãó ïðèêëàäåíî ëèøå ó âõ³äíîìó êîë³

òðàíçèñòîðà. Çá³ëüøåííÿ çâîðîòíî¿ íàïðóãè íà p-n ïåðåõîä³ ïðèçâîäèòü

äî çìåíøåííÿ ïðîâ³äíîñò³ êàíàëó çà ðàõóíîê çìåíøåííÿ éîãî ïåðåð³çó

(âçäîâæ óñüîãî êàíàëó). Òà îñê³ëüêè U

ÑÂ

=0, âèõ³äíèé ñòðóì I

C

=0.

I

Ñ

=0

p

Â

n

U

ÇÂ

U

C

Â

=0

I

Ñ

p

Ç

Ñ

Â

n

_

+

U

ÇÂ

=0

U

C

Â

Ñ

_

+

 à)                                                   á)

Ðèñ. 2.26 – Âïëèâ íàïðóã íà ïðîâ³äí³ñòü êàíàëó ÏÒ ç êåðóþ÷èì p-n ïåðåõîäîì:

à) ïðè U

Ñ 

=

0; á) ïðè U

Ç 

=

0

49

2. ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊβ ÏÐÈËÀÄÈ ÒÀ ¯Õ ÑÒÈÑËÀ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ

Ðèñ. 2.26,á ³ëþñòðóº çì³íó ïåðåð³çó êàíàëó ï³ä âïëèâîì ëèøå íàïðóãè

U

ÑÂ

 (U

Ç 

=

0). Êîëè U

Ñ 

>

0, ÷åðåç êàíàë ïðîò³êຠñòðóì. Âíàñë³äîê öüîãî

âèíèêຠðîçïîä³ëåíèé ïî êàíàëó ñïàä íàïðóãè, ùî çðîñòຠó íàïðÿìêó

ñòîêó. Ñóìàðíèé ñïàä íàïðóãè ä³ëÿíêè ñò³ê-âèò³ê äîð³âíþº U

ÑÂ

. Â³äïî-

â³äíî ïîòåíö³àëè òî÷îê êàíàëó âçäîâæ íüîãî íåîäíàêîâ³: çðîñòàþòü ó

íàïðÿìêó ñòîêó â³ä íóëÿ äî U

ÑÂ

. Ïîòåíö³àë òî÷îê p-øàðó â³äíîñíî âè-

òîêó âèçíà÷àºòüñÿ ïîòåíö³àëîì çàòâîðà â³äíîñíî âèòîêó ³ ó äàíîìó âè-

ïàäêó äîð³âíþº íóëþ. Ó çâ’ÿçêó ³ç çàçíà÷åíèì, çâîðîòíà íàïðóãà, ïðè-

êëàäåíà äî p-n ïåðåõîä³â, çðîñòຠó íàïðÿìêó âèò³ê-ñò³ê ³ p-n ïåðåõîäè

ðîçøèðþþòüñÿ ó íàïðÿìêó ñòîêó. Öå ÿâèùå ïðèçâîäèòü äî êëèíîâèäíîãî

çìåíøåííÿ ïåðåð³çó êàíàëó. Ï³äâèùåííÿ íàïðóãè U

ÑÂ

 âèêëèêຠçá³ëüøåí-

íÿ ñïàäó íàïðóãè ó êàíàë³ ³ ïîäàëüøå çìåíøåííÿ éîãî ïåðåð³çó, à îòæå,

³ ïðîâ³äíîñò³ êàíàëó. Ïðè ïåâíîìó çíà÷åíí³ U

ÑÂ

 ìåæ³ îáîõ p-n ïåðå-

õîä³â çìèêàþòüñÿ (äèâ. ðèñ. 2.21,á) ³ îï³ð êàíàëó ñòຠâåëèêèì.

Î÷åâèäíî, ùî çà ñóìàðí䳿 U

ÑÂ

 òà  U

ÇÂ

 çìèêàííÿ  p-n  ïåðåõîä³â

â³äáóâàºòüñÿ øâèäøå. Ïðè öüîìó ó ïðèëà䳠䳺 àâòîìàòè÷íà ñèñòåìà

êåðóâàííÿ, ùî çàáåçïå÷óº ïðîò³êàííÿ ô³êñîâàíîãî çíà÷åííÿ I

Ñ

 çà ïî-

äàëüøîãî ï³ñëÿ çìèêàííÿ ðîñòó U

ÑÂ

 – ñòðóì ÷åðåç êàíàë íå çàëåæèòü

â³ä U

ÑÂ

.

Àíàëîã³÷íî ïðàöþþòü òðàíçèñòîðè ç êàíàëîì p-òèïó, ëèøå ïîëÿðí³ñòü

íàïðóã ïîâèííà áóòè çâîðîòíîþ.

Íà  ðèñ.  2.27  íàâåäåí³

óìîâí³  ïîçíà÷åííÿ  ÏÒ  ç

êåðóþ÷èì p-n ïåðåõîäîì.

Ðîáîòó  òàêèõ  òðàíçèñ-

òîð³â  ïîÿñíþþòü  ñ³ì’¿

ÂÀÕ äâîõ âèä³â: ñòîêîâ³ ³

ñò³ê-çàòâîðí³.

Ñòîêîâ³ (âèõ³äí³) õàðàêòåðèñòèêè, íàâåäåí³ íà ðèñ. 2.28, ïîêàçóþòü

çàëåæí³ñòü ñòðóìó ñòîêó â³ä íàïðóãè ñò³ê-âèò³ê çà ô³êñîâàíî¿ íàïðóãè

çàòâîð-âèò³ê:

( )

const

U

U

f

I

ÇÂ

ÑÂ

Ñ

=

=

.

Íà ä³ëÿíö³ 1 (0à) ìàºìî çíà÷íó çàëåæí³ñòü I

C

 â³ä âèõ³äíî¿ íàïðóãè

U

ÑÂ

. Öå íåðîáî÷à ä³ëÿíêà äëÿ âèïàäêó âèêîðèñòàííÿ ïðèëàäó ÿê ï³äñè-

ëþþ÷îãî åëåìåíòà. Òóò éîãî âèêîðèñòîâóþòü ÿê êåðîâàíèé ðåçèñòîð.

Â

Ñ

Ç

Â

Ñ

Ç

Ðèñ. 2.27 – Óìîâí³ ïîçíà÷åííÿ ÏÒ ç êåðóþ÷èì

p-n ïåðåõîäîì: à) ç êàíàëîì n-òèïó,

á) ç êàíàëîì p-òèïó

50

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

Íà ä³ëÿíö³ 2 (àâ)  çà-

ëåæí³ñòü âèõ³äíîãî ñòðó-

ìó â³ä âèõ³äíî¿ íàïðóãè

ìàëà. Öå ðîáî÷à ä³ëÿí-

êà ó ðåæèì³ ï³äñèëåííÿ.

ijëÿíêà 3 â³äïîâ³äàº

ïðîáîþ ïðèëàäó.

Òî÷ö³  à  â³äïîâ³äàº

çìèêàííÿ p-n ïåðåõîä³â

(íàïðóãà U

ÑÂà

). Ïðè÷îìó

ïðè U

ÇÂ

 = 0 òðàíçèñòîð

ïîâí³ñòþ  â³äêðèòèé,  à

÷èì âèùà íàïðóãà U

ÇÂ

 (àáñîëþòíà âåëè÷èíà), òèì á³ëüøå çìèêàþòüñÿ

p-n ïåðåõîäè.

Íàïðóãà íà çàòâîð³, çà ÿêî¿ ñòðóì âèõ³äíîãî êîëà I

C

=0, íàçèâàºòüñÿ

íàïðóãîþ çàïèðàííÿ àáî íàïðóãîþ â³äòèíàííÿ U

Ç 0

. ×èñëîâå çíà÷åííÿ

U

Ç 0

 äîð³âíþº U

ÑÂ

 ó òî÷ö³ à ÂÀÕ òðàíçèñòîðà.

Ñò³ê-çàòâîðí³ (ïåðåäàòí³) ÂÀÕ â³äîáðàæàþòü çàëåæí³ñòü ñòðóìó ñòî-

êó â³ä íàïðóãè çàòâîð-âèò³ê çà ô³êñîâàíî¿ íàïðóãè ñò³ê-âèò³ê:

( )

.

const

U

U

f

I

ÑÂ

ÇÂ

Ñ

=

=

Ïåðåäàòíà ÂÀÕ çîáðàæåíà íà

ðèñ. 2.29.

Ïàðàìåòðè  ÏÒ  ç  êåðóþ÷èì

p-n ïåðåõîäîì:

–  ìàêñèìàëüíå  çíà÷åííÿ

ñòðóìó  ñòîêó  I

Cmax

  (â³äïîâ³äàº

éîãî çíà÷åííþ ó òî÷ö³ â íà âèõ³ä-

íèõ ÂÀÕ ïðè U

ÇÂ

=0), ñÿãຠâ³ä

äåñÿòê³â  ì³ë³àìïåð  äî  îäíîãî

àìïåðà;

–  ìàêñèìàëüíå  çíà÷åííÿ  íà-

ïðóãè ñò³ê-âèò³ê U

ÑÂmax

 (çàäàþòü

ó 1,2

¸

1,5 ðàçè ìåíøèì çà íàïðó-

ãó ïðîáîþ ä³ëÿíêè ñò³ê-âèò³ê ïðè U

ÇÂ

=0), ñòàíîâèòü äî 100 Â;

– íàïðóãà â³äòèíàííÿ U

Ç 0

;

I

C

∆

I

Ñ

∆

U

ÇÂ

U

ÇÂ

U

ÑÂ

=5 

Â

U

Ç 0

Ðèñ. 2.29 – Ïåðåäàòíà ÂÀÕ ÏÒ

ç êåðóþ÷èì p-n ïåðåõîäîì

3

2

0

1

â

a

U

ÇÂ

= 0 

Â

U

ÑÂ

U

ÇÂ

= -0,3 

Â

U

ÇÂ

= -0,5 

Â

U

ÇÂ

= -0,8 

Â

U

ÇÂ

= -1,5 

Â

U

ÑÂà

I

Ñ

U

ÑÂâ

Ðèñ. 2.28 – Ñòîêîâ³ ÂÀÕ ÏÒ ç êåðóþ÷èì

p-n ïåðåõîäîì