Электроника негіздері

ЭЛЕКТРОНИКА НЕГІЗДЕРІ

1   ЖАРТЫЛАЙ ӨТКІЗГІШТЕР

Электрондардың  теріс полюстан оң полюсқа қарай қозғалатынын біз бұдан бұрын айтқанбыз. Яғни, электрон бос ойыққа келіп орналасатын болғандықтан, ойықтар керісінше оң полюстан теріс полюсқа қарай қозғалады деп ойлауға болады. Жартылай өткізгіште, сыртқы электр күштері жоқ уақытта және температура абсолюттік нөльден жоғары болғанда еркін электрондар үздіксіз пайда болып, артынан жоғалып отырады. Яғни, электрон өз орнын тастап шыққанда еркін электронға айналып, енді бос орынға – ойыққа келіп орналасқанда  оны (еркін электронды) жоғалды деп айта аламыз.Таза жартылай өткізгіште кез – келген уақыт ішінде босаған электрондар мен ойықтардың саны бірдей болады. Олардың жалпы саны (жартылай өткізгіштің өзінің температурасының бөлме температурасындай болған уақытында) аса көп емес болғандықтан, оның электр өткізгіштігі өте аз. Сондықтан, ол электр тогына өте үлкен кедергі келтіреді. Сондықтан да оны мұндай жағдайда диэлектрик ретінде түсінуге болады. Жартылай өткізгіш тараған сайын оның меншікті кедергісі де жоғарылай береді. Температурасы 300К болған германийдің меншікті кедергісі р=46 Ом*см.

Ал  егер осы жартылай өткізгіште басқа элементтің атомдарының тіпті аз мөлшерін қоссақ, оның электр өткізгіштігі бірден артады. Қосқан атомдарымыздың құрамына қарай, жартылай өткізгіштің электр өткізгіштігі электрондық және ойықтық болып бөлінеді.

ЖАРТЫЛАЙ ӨТКІЗГІШТЕРДІҢ ЭЛЕКТР ӨТКІЗГІШТІГІ

Салыстырмалы түрде қосатын қоспамыз өте аз болғанымен, оның алған материалымыздағы абсолюттік шоғырлану шамасы жеткілікті – алған материалымыздың 1 куб сантиметрінде 10¹⁴ – 10¹⁸ атомға дейін болады. Осы электроны көп, оны бере алатын қоспаны донорлық қоспа деп атайды.

 Ал егер жартылай өткізгіште үш электрондары бар индийді қоссақ, онда жаңа түзілген заттың атомының сыртқы қабатында электрон жетпей қалады. Яғни, бұл үш электрон жартылай өткізгіштің үш электронымен ғана байланысқа түседі де, төртіншіміздің орны бос қалады (2.1-сурет).  Яғни, атомның сыртқы қабатында жеті электрон болады да, сегізінші орын, біреуі бос қалады. Дәл осы бос қалған орынға кез – келген еркін электрон келіп орналаса алады. Бұл жартылай өткізгішті  р – типті деп атайды,  ол латынның позитив (оң) деген сөзінен. Бұл – ойықты  жартылай өткізгіш деп аталады. Электронды қосып алуға дайын тұратын мұндай қоспаны акцепторлық қоспа деп атайды. Бұл арада айта кетер бір нәрсе — қазақ тілінде донор деген сөзді береген, ал акцептор деген сөзді алаған дейді. Жалпы жартылай өткізгіштік қасиеттері бар материалдар көп емес, жоғарыда айтылғандармен бірге селенді де (Sе) айтуға болады. Мұндай материалдар қазір де де ізделіну үстінде. Өндірістік масштабта кеңінен қолданылатындардың бірі ретінде галлий арсенидін (GaAs) айтуға болады. Оның жұмыс температурасы Цельсий бойынша 300⁰ – қа дейін барады. Жалпы, есте болатын нәрсе – диэлектриктер мен жартылай өткізгіштердің арасындағы шекара тек шартты түрде ғана. Өйткені, температураны өте жоғары көтерген уақытта диэлектриктеріміз өздерін жартылай өткізгіш сияқты сезінеді.  Ал өте төменгі температураларда жартылай өткізгішіміз диэлектрикке айналады.

ДИОД

Егер де біз жоғарыда айтылған n — типті және p — типті екі жартылай өткізгіштерді бір — бірімен қоссақ, онда диод деген құралды аламыз.  Диод деген сөз гректің дио — екі деген сөзінен алынған. (2.3-сурет).

Бұл екеуін диодтың екі электроды деп атайды. Олар оң таңбалы анод пен терѕс таңбалы катод. Диодтың ашық және жабық кездері болады. Ашық күйінде ол токты жақсы өткізеді де, жабық күйінде нашар өскізеді, сіпті өткізбейді деп айтуға болады. Егер де батереяның оң полюсын диодтың анодымен,ал теріс полюсын катодымен қоссақ, онда диод арқылы ток жүреді (2.4-сурет).

Диодтың оң зарядты жағына қосылған ток көзінің оң полюсы жағындағы оң зарядтар диодтың өзі аттас зарядтарын өзіне итереді. Ал ток көзінің теріс полюс жағындағы теріс зарядтар диодтың теріс зарядтарын өзіне итереді. Ал диодтың өзіндегі оң және теріс зарядтар бір — біріне ұмтылып, электрондар бос орындарды, яғни ток жүре бастайды. Мұны диодтың тура тоғы дейді. Ал енді батареяны тізбекке керісінше қоссақ (2.5-сурет), яғни батареяның теріс полюсын диодтың анодына, ал оң полюсын катодына қоссақ, онда диод арқылы ток жүрмейді. Неге  олай болатынын тағы да түсіндіріп көрейік. Мұндай жағдайда диодтың теріс, негативті n жағында ток көзінің оң полюсы (ойықтар) орналасады да, диодтың теріс полюсындағы электрондарды өздеріне тартады. Яғни, электрондар мен ойықтар бір-біріне ұмтылады. Ал диодтың оң полюсы жағында ток көзінің теріс полюсы орналасқан. Бұл жерде де оң полюстағы ойықтар теріс полюстағы электрондармен қосылуға  ұмтылады. Сөйтіп, диодтағы оң полюстағы ойықтар мен теріс полюстағы электрондар бір — бірінен екеуі екі жаққа қашады. Екі ортада пайда болған ара қашықтықты потенциалды барьер деп атайды. Мұндағы « I тура » дегеніміз өткізетін тоғы -тура ток. Ал « I кері » дегеніміз — диодқа керісінше берілген ток - кері ток.

4 ДИОДТЫҢ  ВОЛЬТ — АМПЕРЛІК СИПАТТАМАСЫ 

Жалпы вольт — амперлік сипаттама дегеніміз диодқа ма, жоқ әлде басқа бір аспапқа ма, бәрібір, берілетін кернеу өзгергенде, соған байланысты токтың калай өзгеретінін көрсететін график.  Диодқа арналған 2.7-сурет — графикті көрсету аркылы оның қалай жұмыс істейтінін түсіне аламыз. Диодқа тура кернеу бергенде ток бірден көтеріледі. Яғни, диод ашылады. Ал кері кернеу бергенде ток өте аз мөлшерде болады, яғни диод жабық. Осы уақыттағы аз мөлшердегі болсын ток іс жүзінде еш уақытта есепке алынбайды-өйткені оның мөлшері расында да өте аз. Сондықтан да ол токты біз жоқ деп есептейміз.Егер де біз кері кернеуді белгілі бір мөлшерден көп артық берсек, онда кері ток бірден көп мөлшерге артады. Көп мөлшерге артқан токтың зияны сол диод тесілді немесе диод «жанып кетті» дейді. Бірақ тура берген кернеуіміздің өзі де белгілі бір мөлшерден жоғарыламауы керек. Өйткені ондай жағдайда да әлгі «жанып кетті» деген нәрсе міндетті түрде болады. Д246 аталатын диодтың сыртқы түрі 2.6-суретте көрсетілген.

Барлық диодтардың да вольт - амперлік  сипаттамалары  жоғарыда  көрсетілген графикке  ұқсас болады. Бұларды Д226А немесе Д242 деген сияқты белгілерменатайды. Мұндағы Д — диод деген сөз, ал тұрған сан заводтың конструкциялық рет саны. Ал соңындағы әріп — аспап тобының түрі. Кремнийден жасалған диодтардың тура кедергісі германийге карағанда сәл көбірек, ал кері кедергісі он есеге артық. Кремний диодының тағы бір артықшылығы оның жұмыс температурасының 180 — 200°С-ге дейін жететіндігі. Яғни ток тығыздығы жоғары. Осыған байланысты қуаттары бірдей болғанда кремний диодтарының көлемі кіші болып келеді. Бірақ та, табиғатта таза кремнийді алып, оны сол қалпында сақтау біраз қиыншылықтар туғызады. Соның салдарынан кремнийден жасалған жартылай өткізгіш аспаптар біраз қымбат тұрады. Ал кремний дегеніміз жер бетінде оттегіден кейін таралуы бойынша екінші орын алатын элемент.

СТАБИЛИТРОН 

Стабилитронның  аты айтып тұрғандай, ондағы тоқ өзгерсе де кернеуді бірқалыпты мөлшерде өзгертпей ұстап тұра алатын аспап. Стабилитрон  дегеніміз құрылысы жағынан тура сол диод. Тек қана схемаға қосылу тәртібінде өзгешілік бар. Оның сызбадағы суреті  -

Стабилитронның  қосылу схемасы диодқа керісінше болады. Анод минусқа   қосылса, катод плюсқа жалғанады. Тек қана диод графиктің оң жағындағы жағдайда жұмыс істесе, стабилитрон сол жағындағы жағдайда жұмыс істейді.  2.8-суретте кернеудің кері тоқты тез көтеретіні көрінеді.

Стабилитрон арқылы кері тоқ жүреді. Кері кернеуді алғаш көтере бастағанда кері тоқ аз ғана көтеріледі. Кері кернеуді тағы да біраз көтергенде стабилитронның p-nасуынан, тоқ кенет көтеріледі. Тоқты одан ары көп көтермеcе стабилитронның бұл тесілуінен ол бүлінбейді. Сонда ол қалай кернеуді бірқалыпты ұстап тұратынын зерттейік. Стабилитрон арқылы Iк тоқ өтіп тұр дейік. Ол тоқ кернеуі әркезде өзгеріп тұратын Uж кернеу көзінен келіп тұр деп есептейміз. Осы кернеудің әсерінен стабилитрон арқылы өтіп тұрған Iк тоғымыз да өзгеріп отырады. Бірақ стабилитрондағы кернеу іс жүзінде өзгермейтін график арқылы көруге болады. Жартылай өткізгіш диодтың материалына қосылатын қоспаны көбейтсе тесілу кернеуі азаяды да, тесілу режимінде болатын кері тоқты жоғарылайды. Стабилитронның тесілгенге дейінгі кері кедергісі бірнеше мегаом болады. Ал тесілу облысына келгенде бұл кедергі он мыңдаған есеге азаяды. Кернеу көтерілгенде стабилитронның тоғының жоғарылауы-осы стабилитронмен бірге тізбектей қосылған резистордағы кернеудің төмендеуін көбейтеді, яғни, жүктемедегі кернеудің өсуіне кедергі жасайды. Ал осы жағдайды қарастырайық: жоғарыда айтылғандарға байланысты тұтынушы R ж - да кернеу өзгермейді (2.9-сурет). Мұндағы  Д – cтабилитрон, I cm – тұрлауландырғыштың тоғы (стабилизатордың тоғы),  ал R – кедергі стабилитрон арқылы өткізуге болатын ең жоғарғы тоқтың шамасын ұстап тұрады.