Текст книги "Elektronika asoslari. O'quv qo'llanma"

2.2. ELEKTRON TESHIKLO «N-P» – O’TISH

Juda ko’p yarimo’tkazgichli asboblarning ishlashi turli xil o’tkazuvchanlikka ega bo’lgan, yarim o’tkazgich kristallarida suniy yo’l bilan hosil qilingan, ikkita qo’shni soxa chegarasida yuz beradigan jarayonlar bilan bog’liqdir. Bu chegaraviy qatlamlar elektron teshikli yoki «n-r» o’tish deb aytiladi.

Yuqorida aytib o’tilganidek (2.6 a-rasmga qarang), kristallarning elektron «n» – turli o’tkazuvchanlik soxasidagi asosiy elektr zaryad eltuvchilari erkin elektronlar xisoblanadi. Aralashma atomlariga esa fiksasiyalangan (aniq belgilangan) musbat zaryadlar (donor aralashma ionlari) to’g’ri keladi. Teshikli «r» turli o’tkazuvchanlik soxasidagi asosiy zaryad eltuvchilar bo’lib kovaklar (teshiklar) xisoblanadi, aralashma atomlarida esa fiksasiyalangan manfiy zaryadlar (aktseptorlar aralashma ionlari) to’g’ri keladi.

Turli xil o’tkazuvchanlikka ega bo’lgan kristallarni bir – biriga birlashtirilmasa, zaryad tashuvchilar ularning butun xajmi bo’yicha teng taqsimlanadi. Agar sun’iy ravishda «n – r» o’tishni eritish, diffuziya yoki o’stirish usuli bilan xosil qilinib, kristallar birlashtirilsa, chegara qatlamida elektron va teshiklarning rekombinasiyasi yuz beradi. «n» -tur yarim o’tkazgichning o’tkazuvchanlik zonasidagi erkin elektron, «r» tur yarim o’tkazgichning valent zonasidagi erkin kovaklar satxlarini egallaydi. Buning natijasida ikki kristall Birlashgan chegaraviy zona yaqinida zaryad eltuvchilar yo’qoladi va yuqori elektr qarshiligiga ega bo’lgan qatlam xosil bo’ladi. Bu siyraklashgan berkituvchi qatlam yokisi «n -r» o’tish deb aytiladi. Uning qalinligi bir necha mikrondan ortmaydi. Berkituvchi qatlamning kengayishiga xarakatsiz donor va aktseptor ionlari qarshilik ko’rsatadi. Ular kristallar chegarasida kontakt potentsiallar farqini – potentsial to’siqni vujudga keltiradi. Xosil bo’lgan elektr maydon (eo) kuch chiziqlarini yo’nalishi «n» – soxadan «r» soxa tomon bo’ladi va u elektron hamda teshiklarni xarakatlanishiga to’sqinlik qiladi, ya’ni qarshilik ko’rsatadi. Bu maydon ta’sirida «n-r» o’tishning qarshiligi ortadi. (2.6-v-rasmda) «n – r» o’tishli yarim o’tkazgich qatlamlariga mos keluvchi elektrostatik potentsial (e) ning taqsimlanishi ko’rsatilgan. Agar ana shunday yarim o’tkazgichga tashqi manba (GB) dan «r» – tur kristallga «musbat» va r-tur kristallga «manfiy» kuchlanish berilsa (2.7 a-rasm) berkituvchi qatlam yanada kengayadi, chunki kontakt zonalardan xam musbat («r» – zona ichiga), xam manfiy («n» – zona ichiga) tashuvchilarning (elektron va teshiklar) «so’rilishi» yuz beradi. Demak, tashqi manba qutblari 2.7 a – rasmda ko’rsatilgandek bo’lsa, «n – r» o’tishning qarshiligi ortib ketadi va undan oqib o’tayotgan tok miqdori oz bo’ladi. Manbaning bunday ulanishi teskari ulash deyiladi.

2.6 – rasm. n – r – o’tishning xosil bo’lishi: a – kristallarning bir – biriga tegishigacha bo’lgan tarkibi

b – berkituvchi qatlamlarning hosil bo’lishi, v – yarim o’tkazgich chegarasidagi kontakt potentsiallar farqi.

Agar tashqi manbani yarim o’tkazgichga, yuqorida ko’rsatilganga nisbatan, teskari qutbli qilib ulansa (manfiy qutb «n» – turli kristallga va musbat qutb «r» – turli kristallga), tashqi elektr maydonning (E2) kuch chiziqlari yo’nalishi berkituvchi qatlam elektr maydoni (E1) kuch chiziqlariga qarama – qarshi yo’nalishda bo’lib qoladi (2.7. b-rasm). Bunda «n-r» – o’tish elektr maydonining tormozlash ta’siri maolum darajada kompensasiyalanadi va undan ancha katta to’g’ri tok oqib o’tadi, chunki berkituvchi qatlam torayadi. Tokning bunday yo’nalishi to’g’ri ulash deyiladi (2.7.v, g-rasm). Yaxshi yarim – o’tkazgichlardagi qarshilik to’g’ri va teskari ulanishlarda kamida o’n martao’zgaradi. «r – n» o’tishning ventil (bir tomonlama o’tkazish) xususiyatidan yarim o’tkazgichli asboblar diod, tranzistor, tiristorlar va x.z. lar yasashda keng foydalaniladi.

2.7 – rasm. Yarimo’tkazgichlardagi to’g’ri va teskari yo’nalishlarning xosil bo’lishi: a – teskari yo’nalish, b – potentsiallar farqining n-r-zona kengaygandagi o’zgarish taksimoti v – to’g’ri yo’nalish, g – kontakt potentsiallar farqining n-r zona toraygandagi o’zgarish taksimoti.

2.3. YARIM O’TKAZGICHLI DIODLAR UMUMIY TUSHUNCHALAR

Klassifikasiyasi va belgilanish sistemalari. yarim o’tkazgichli diodilarning tuzilishi va kattaliklari.

Yarim o’tkazgichli diod deb, mavjud texnologik usullaridan biri qo’llanilib «n-r» – o’tish xosil qilingan yarim o’tkazgich kristalliga aytiladi.

2.8-rasmda «r-n» – o’tish ega bo’lgan yarim o’tkazgichli diodning volt-amper tavsifnomasi (vat) keltirilgan.

Diodning vat juda ko’p faktorlarga bog’liq. Masalan: tashqi ta’sir, kontakt soxasining geometrik o’lchamlariga, tok toshuvchilar miqdoriga, teskari kuchlanish kattaligiga va x.k.

Amaliy jixatdan bu faktorlarni teskari tokka bo’lgan ta’siri katta. Masalan, muxit xaroratining ko’tarilishi yoki teskari kuchlanishning biror qiymatgacha oshirilishi teskari tokning birdaniga ko’payib ketishi natijasida r-n o’tishning buzilishiga (kuyishiga) sabab bo’ladi.

Umuman olganda r-n – o’tishning buzilishi turlari xilma-xil bo’ladi.

Shulardan issiqlik va elektr buzilishini ko’raylik.

Issiqlik buzilishi solishtirma qarshiligi etarlicha katta va r-n o’tish soxasi keng bo’lgan yarim o’tkazgichlarda kuzatiladi. Yarim o’tkazgichning qizishi bilan kristall panjaraning issiqlik xarorati ortadi va ko’plab elektronlar valent bog’lanishlarini uzib erkin elektronga aylanadi. Natijada kristallning xususiy o’tkazuvchanligi ortadi. Bunda yarim o’tkazgichning qizishi faqat tashqi muxit xaroratining ortishi bilan belgilanmaydi. r-n o’tishdan o’tadigan tok ham uning qizishiga olib keladi. Agar r-n o’tishda ajraladigan issiqlikni yo’qotish chorasi ko’rilmasa, issiqlik buzilishi maydon kuchlanganligining kichik qiymatlarida xam sodir bo’lishi mumkin. Elektr buzilishi asosiy bo’lmagan tok tashuvchilar sonining yarimo’tkazgich xajmidagi elektr maydon kuchlaganligi ortishi tufayli sodir bo’ladi. Bunda maydon kuchlanganligi ortishi bilan tok tashuvchilarning xarakat tezligi ortadi. Natijada urilish tufayli ionlashishning kuchkisimon ko’payishi vujudga keladi. U r-n o’tishning buzilishiga olib keladi. Ikkinchi tomondan, maydon kuchlanganligining ortishi avtoelektron emissiya xodisasiga xam sabab bo’ladi. Buning natijasida xam buzilish sodir bo’ladi. Keng r-n o’tishda diodlarda urilish ionlanishi tufayli, tor r-n o’tishli diodlarda esa, avtoelektron emissiya tufayli buzilishi sodir bo’ladi. elektr buzilishining issiqlik buzilishidan farqi shundaki, unda keng r-n o’tishda diodlarda urilish ionlanishi tufayli, tor r-n o’tishli diodlarda esa, avtoelektron emissiya tufayli buzilishi sodir bo’ladi. Elektr buzilishining issiqlik buzilishidan farqi shundaki, unda kuchlanish o’zgarishining biror oralig’ida teskari tok kuchlanishiga bog’liq bo’lmay qoladi va jarayon qaytar bo’ladi, ya’ni maydon kuchlanganligi yo’qolishi bilan boshlang’ich xolat tiklanadi.

2.9-rasmda yarim o’tkazgichli diodning to’liq volrt-amper tavsifnomasi ko’rsatilgan.

2.9 – rasm. Yarim o’tkazgich diodning to’liq volt-amper tavsifnomasi.

Unda 1-chiziq issiqlik buzilish, 2-chiziq esa elektr buzilishini ko’rsatadi. Kontakt soxasining kengiligiga qarab yarim o’tkazgichli diodlar nuqtaviy va yassi diodlarga ajratiladi. Biz tanishgan diodlar yassi diodlardir. Ulardan to’g’ri tokning kattaligi kontakt yuzasi kengligiga bog’liq bo’lib, qiymati bir necha milliamperdan bir necha yuz ampergacha etadi.

Nuqtaviy diodlarning kontakt yuzasi juda kichik bo’ladi. Ular nuqta kontaktli payvandlash yo’li bilan xosil qilinadi. Nuqtaviy diodlarning yassi diodlardan afzalligi shundaki, ularning r-n o’tish sig’imi juda kichik bo’ladi. Shuning uchun ularni yuqori chastotali qurilmalarda ishlatish mumkin.

Xozirgi paytda infraqizil, ulrtrabinafsha va ko’rinuvchi nurlar spektorini sezuvchi optoelektron diodlar katta qiziqish uyg’otmoqda.

2.10 – rasmda diodlarning sxemadagi shartli belgilanishi keltirilgan.

2.10 – rasm. Yarim o’tkazgich diodlarining sxemadagi shartli belgilanishi.

1 – diod, 2 – tunnelli diodi, 3 – stabilitron, 4 – Varikap.

GOST 10862—72 ga muvofiq, diodlar quyidagicha markalanadi. Birinchi element xarf yoki raqam bo’lib foydalanilgan yarim o’tkazgich materialni bildiradi. G yoki I – germaniy; K yoki 2 – kremniy; A yoki 3 – galliy arsenid. Ikkinchi element (xarf) diodlarning klassini ko’rsatadi.

Ts – to’g’rilagich ustunchalari; S – stabilitronlar; V – Varikaplar;

I – tunnelli diod; A – yorug’lik diodlari; od – optronlar va xokazo.

Uchinchi element (son) diodning xususiyatini aniqlaydi. To’rtinchi va beshinchi elementlar (sonlar) diodlarning texnologik ishlab chiqarish tartibini (0,1 dan 99 gacha) belgilaydi. Oltinchi element (xarf) diodning parametrik gruppasini aniqlaydi (parametrlar maxlumotnomalardan olinadi). Masalan: «g D 10 7 A» quyidagicha tushuntiriladi: germaniy kristallidan tayyorlangan (g) yarim – o’tkazgichli nuqtaviy (D), kichik quvvatli (I), 7 ishlab chiqarishda (07), «A» gruppa (to’g’ri tok 0,02 A, to’g’ri kuchlanish IB, teskari tok 0,02 teskari kuchlanish I5B) ga xos diod.

«3 0 D I 0 I A» – arsenid galliy yarim o’tkazgichli materialidan tayyorlangan optron juftli diod, birinchi ishlab chiqarilishi, parametrik gruppasi «A» (o’tkazish koeffisienti I%, kirish kuchlanishi – 1,5 V) va x.z.

TO’G'RILAGICH DIODLARI VA USTUNCHALAR

Turli to’g’rilagich sxemalarida yassi yuzali diodlar ishlatiladi. Buning uchun qotishma yoki diffuzion texnologiya usuli bilan olingan yassi yuzali kremniy diodlari, to’g’rilagich ustunchalari keng ishlatiladi. Diodlar xammasi katta yuzali «r – n» o’tishga ega bo’lib, to’g’ri yo’nalishda katta (50A gacha bo’lgan) toklarni o’tkazish xususiyatiga ega. To’g’rilagich ustunchalari ketma – ket ulangan bir xil turli diodlardan iborat bo’lib, plastmassa korpusga joylashtiriladi. Ustunchalar katta (15000B gacha) teskari kuchlanishga mo’ljallangan bo’lib, elektron asboblarning yuqori kuchlanishli bloklarida keng qo’llaniladi. 2.11-rasmda kremniy asosli yassi yuzali to’g’rilagich diodlari va ustunchalarining (V) tuzilishi, volt – amper tavsifnomasi (vat) oilasining xaroratga bog’likligi ko’rsatilgan. Bunday diodlarning asosiy parametrlari bo’lib quyidagilar xisoblanadi:

1. Maksimal ruxsat etilgan to’g’ri tok. I Max (A);

2. To’g’ri kuchlanish U tug (V);

3. Berilgan teskari kuchlanishdagi teskari tok. I tek, (mkA);

4. Ruxsat etilgan maksimal teskari kuchlanish. U teks (V);

5. Ishchi diapazon xarorati T, (0K).

Stabilitronlar – diodlarga elektr buzilishlarining qaytar bo’lishi katta amaliy axamiyatga ega. Chunki bunda teskari tokning biror kichik qiymatdan boshlab dioddagi potentsial tushuvchi tokka bog’liq bo’lmay qoladi. Yarim o’tkazgichli diodning bu xususiyatidan kuchlanishni stabilizasiyalovchi element sifatida ishlatish imkonini beradi. Bunday yarim o’tkazgichli diodlar stabilitronlar deb ataladi.

2.11– rasm. To’g’rilagich diodlar va ustunchalar: a – kavsharlangan kam quvvatli kremniyli diod: 1 – chiqiq, 2 – shisha izolyator, 3 – korpus, 4 – kristall tutqich, 5 – alyuminiy sim, 6 – kristall, 7 – kavshar; b – quvvatli to’g’rilagich diodi: 1 – chiqiqlar, 5 – kovshar, 6 – kristall tutqich; v – to’g’rilagich. ustuncha, g-kremniy yassi to’g’rilagich diodlarining ish xararoti bo’yicha vatsi.

Stabilitron kuchsimon yorib o’tish xodisasiga asoslanib ishlaydi. Stabilitron qo’yilgan teskari yo’nalishdagi kuchlanish orttirib borilsa, dioddan o’tadigan teskari tok miqdori juda kichik bo’lganligidan, sxemaning chiqishida kuchlanish xam ortib boradi. Kuchlanish miqdori kuchsimon yorib o’tish miqdroriga yotganda dioddan o’tayotgan tok keskin ortib ketadi. Chiqish kuchlanishi esa bir oz kamayadi.

Kirish kuchlanishning bundan keyingi ortishi stabilitron orqali o’tuvchi tokni oshirishga sarflanadi va chiqish kuchlanishi deyarli o’zgarmaydi. Bu oraliqqa to’g’ri kelgan chiqish kuchlanishi, stabilitronning stabilizasiyalash kuchlanish deb ataladi.

Stabilitronlar stabilizasiyalashtirish va impulslarni amplituda qiymati bo’yicha cheklash uchun mo’ljallangan. Bulardan tashqari, ularni berilgan kuchlanishning tayanch manbalari sifatida xam ishlatish mumkin.

Stabilitronning tuzilishi va uning vat lari 2.12 – rasmda ko’rsatilgan. Stabilitron diod uchun asosiy material sifatida aktseptor aralashmali alyuminiy eritib kiritilgan «n» – turli kremniy plastinkasi olinadi. «R-n» – o’tishli kristallni germetik berk metall ekran ichiga joylashtiriladi. Vat-ning teskari toklar soxasiga to’g’ri kelgan qismi toklar o’qiga parallel bo’lgan tik to’g’ri chiziq, ko’rinishida bo’ladi. Demak, tok keng chegaralarda o’zgarganda xam, stabilitron kuchlanishi deyarli, o’zgarmaydi. Stabilitronlar ketma – ket ulanganda, umumiy kuchlanish ayrim stabilitronlar kuchlanishlarining algebraik yig’indisiga teng.

Stabilitronning parametrlari quyidagilar:

1. Stabilizasiya kuchlanishi – ust

2.Kuchlanishning stabilizasiya koeffisienti:

3. Differentsial qarshiligi – Rdif.

4.Stabilitronniing maksimal (I mox) va minimal (I min) toklari

5. Maksmisal sochilish kuvvati – Rmax

Ryu – yuklama karshiligi stablitronga parallel ulangani uchun stabilizasiya rejimida stabilitron va yuklamada kuchlanish bir xilda buladi.

Ayrim xolda stabilitron xosil bulgan kuchlanishdan kichikrok bulgan stabilizisiyalangan kuchlanish olish kerak buladi. Buning uchun yuklamaga kushimcha ketma-ket rezistor ulanadi. U Om konuniga asosan topiladi.

Varikaplar – yarim o’tkazgichli diod bo’lib, sig’imi teskari yo’nalishidagi kuchlanishga bog’liq bo’ladi. Teskari kuchlanishning ortishi bilan r-n o’tish sig’imining kamayishi quyidagicha: