Радиоэлектроника негіздері . Оқу құралы. 9965295344, 2404010000

Citation preview

ƏЛ-ФАРАБИ атындағы ҚАЗАҚ ҰЛТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА НЕГІЗДЕРІ Оқу құралы Стереотиптік басылым

Алматы «Қазақ университеті» 2020 1

ББК 32.97я73 Р 12 Баспаға əл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық университеті редакциялық басылым Кеңесі жəне физика факультетінің Ғылыми Кеңесі ұсынған

Пікір жазғандар: физика-математика ғылымдарының докторы, профессор Т.С. Көшеров; физика-математика ғылымдарының кандидаты, профессор Н.Б. Қадыров

Авторлар ұжымы: Жаңабаев З.Ж., Мұқан Ж.Б., Қадырақұнов Қ.Б., Ізтлеуов Н.Т., Алмасбеков Н.Е., Алимғазинова Н.Ш., Кемербаева Б.Т.

Р 12

Радиоэлектроника негіздері: Оқу құралы / Жаңабаев З.Ж., Мұқан Ж.Б. жəне тағы басқалары. – Стер. бас. – Алматы: Қазақ университеті, 2020. – 180 б.

ISBN 9965-29-534-4

Оқу құралы қысқаша теория, негізгі түсініктері, жұмыстың орындалу тəртібі мен бақылау сұрақтары келтірілген 10 лабораториялық жұмыстың мазмұнынан тұрады. Оқу құралы осы курстың теориялық материалдарын бекіту, радиоэлектрондық қондырғылардың қасиеттері мен түрлі сипаттамаларын тəжірибелік анықтау əдістерімен танысуға мүмкіндік береді. Оқу құралын жоғары оқу орындарының физикалық жəне техникалық мамандықтарының студенттері пайдалана алады.

Р

2404010000 130-09 460(05) - 10

ББК 32. 97я73

© Авторлар ұжымы, 2020 © Əл-Фараби атындағы ҚазҰУ, 2020

ISBN 9965-29-534-4

2

АЛҒЫ СӨЗ Оқу құралы «Физика», «Техникалық физика» жəне осы салаға қызығушылық танытқан басқа да мамандықтағы студенттерге арналған. Оқу құралында «Радиоэлектроника негіздері», «Электротехника» жəне «Схемотехника» пəндерінің əртүрлі тараулары бойынша 10 лабораториялық жұмыс қамтылған. Оқу құралының мақсаты - студенттердің арнайы курстардан алған білімдерін практикалық түрде бекіту, физикалық экспериментті жүргізуге жəне алынған эксперименттік нəтижелерді өңдеу мен талдауға үйрету. Əрбір лабораториялық жұмыс қысқаша теориялық кіріспеден, эксперименттік құрал-жабдықтардың сипаттамасынан, жұмысты орындау ретінен жəне қажетті əдебиеттер тізімінен тұрады. Лабораториялық жұмыстарды орындау алдында студенттер техника қауіпсіздігі бойынша қажетті іс-шаралармен танысуға міндетті. Əрбір орындалған лабораториялық жұмыс бойынша студенттер есеп беруге тиісті.

3

№ 1-лабораториялық жұмыс

СЫЗЫҚТЫ ЭЛЕКТР ТІЗБЕКТЕРІН ЗЕРТТЕУ (Пассивті төртполюстік) 1. Жұмыстың мақсаты RC-тізбектен синусоидалық жəне импульстік (серпінді) сигналдардың өтуін қарастыру. Электр тізбектерін есептеуге жəне өлшеу аспаптарын дұрыс пайдалануға дағдылану. 2. Қысқаша теориялық кіріспе Электр энергиясын сигнал көзінен қабылдағышқа жеткізу үшін электрондық схемаларда резисторы мен сыйымдылығы бар сан түрлі тізбектер (кернеу бөлшектері, өткел, дифференциалдайтын жəне интегралдайтын RC-тізбектер) жиі кездеседі. Көбінесе, бұл тізбектер кернеу өткізу үшін қолданылады, сондықтан кернеу жеткізу коэффициенті негізгі параметр болып табылады. Осы аталған тізбектер арқылы синусоидалық кернеу немесе импульстік сигнал жіберіліп жеткізіліп отырады. Қарастырып отырған тізбектерге қойылатын негізгі шарттардың бірі - кіріс кедергісі сигнал көзінің ішкі кедергісінен елеулі көп (яғни шунттамау) жəне шығыс кедергісі қабылдағыштың (жүктеменің) кіріс кедергісінен тым үлкен болуы керек. Бұл тізбектерді көбінесе төртполюстік деп атайды, яғни кірісі мен шығысында екі-екіден ұштары болады. Сыйымдылығы төртполюстіктің параметрлері жиілікке тəуелді келеді. Сондықтан қарапайым гармониялық құраушыларының қосындысы ретінде қарастырылатын күрделі импульстік тізбектерде «жиіліктің» құбылысы байқалады. Неғұрлым импульс спектрі күрделілеу болса, соғұрлым сол тізбекте бұрмалану құбылысы артады. Егер төртполюстікке синусоидалық кернеу түссе, онда оның жұмысы үздіксіз режимде болады. Бұл жағдайда 4

стационарлы процесс қалыптасады, яғни ток пен кернеу белгілі бір мəндерге ие болып тұрады. Импульсті кернеудің құрылымы кенет үздікті өзгеріп отырады. Реактивті элемент (бұл жерде сыйымдылықты айтамыз) өзіне жиналған энергия қорын лезде өзгерте алмайды. Бір стационар (қалыпты) күйден екінші бір күйге ауысуын өтпелі процесс деп атайды. Бұл жағдайда тізбекте энергия қоры өзгеріп отырады. Өтпелі процестің ұзақтығы Төтп. Стационарлық шарт үшін дəлірек айтса, шексіз болуға тиіс. Дегенмен, іс жүзінде Төтп шамасын тізбекті үш уақыт тұрақтысы тең деп алуға болады: Төтп. =3. Бұл жерде уақыт тұрақтысы  =RC көбейтіндісіне тең. Оның өлшемділігі 1ОмФ =1 ОмАсВ-1 =1 c. Өтпелі процестегі импульстің бұрмалануы тізбектің уақыт тұрақтысы жəне импульс ұзақтығының арақатынасына байланысты келеді. 2.1. Кернеу бөлгіш Сигнал көзінен кернеуді n есе кішірейтіп қабылдағышқа жеткізетін кернеу бөлгіш деген құрылғыны қарастырайық. Осы n бөлу коэффициенті мен кернеу жеткізу КU коэффициентінің арасында мынадай қатынас бар: бұл жерде

КU =1/n,

(1)

КU = Uшығ./Uкір..

(2)

Резисторлы кернеу бөлгішті екі R1 мен R2 кедергілерімен қамтамасыз етуге болады (1-сурет).

r

R1 R2

Rж

Г еr 1-сурет. Резисторлы кернеу бөлгіш. er, Rr –электр қозғаушы күш (ЭҚК) көзінің жəне сигнал көзінің ішкі кедергісі; Rж – қабылдағыштың кіріс, яғни жүктеме кедергісі 5

Егер R1 +R2 >> Rr Rж >> R2 шарттары орындалса, онда бөлу коэффициентін:

n=

(3) (4)

R1 + R2 R2

(5)

мына түрінде жазамыз. Бұл шарттар бөлгіш пен жүктеме тізбектің сигнал көзі қуатына елеулі əсер етпеуін көздейді. (3) жəне (4) өрнектердегі теңсіздік шамасы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым (5) өрнек дəлірек орындалады. Теңсіздіктер шамасы 10 еседен кем болмауы керек. Синусоидалық сигналдың жиілігі тым жоғары болса (1067 10 ) Гц, жеткізу коэффициенті КU бəсеңдей түседі, өйткені тізбектердің кірісі мен шығысындағы паразит сыйымдылықтар пайда болып тұрады. Бұл кіріс элементтерін (резистор, транзистор жəне т.т.) құрастырғанда электродтар аралығындағы өзінен өзі пайда болатын паразит сыйымдылықтар. Сондықтан, жоғары жиілікті синусоидалық сигналға қатысты бөлгіштің сызбасын қарастырайық (2-сурет).

r

R1 R2

Г ≈

Cз

Rж

еr

2-сурет. Бөлгіштің жоғары жиіліктегі реалды сызбасы

Мұндай бөлгіштің бөлу коэффициенті:

n=

( R1 + R 2 IIX C ) , R 2 IIX C 6

(6)

тең, бұл жерде

1 , ω=2π⋅f. ω wC з

XC =

(7)

Егер бөлгіш импульстік режимде жұмыс атқарса, онда шығысында сигналдың түрі біраз бұрмаланады. Өйткені реалды бөлгіштің жеткізу коэффициенті импульстің барлық гармоникалары (құраушылары) үшін бірдей болмайды. Спектрдің жоғары жиілік жағындағы құраушыларының жеткізу коэффициенті кеми түсетіндіктен, импульс шебі көбірек бұрмаланады (3-сурет). Яғни импульс шептері тік сызық болмай, уақыт бойынша біраз созылады да оны шартты түрде t =2.2R2Cз деп қабылдайды. Бұл шарт Um кернеу амплитудасының tф1 =0,1 деңгейден 0,9–ға дейін ұлғаю уақытын көрсетеді, оны тізбектің өтпелі процесінің ұзақтығы деп атайды. Uкір Um

t Uшығ кnUm tф1

t

tф2

3-сурет. Реалды бөлгіштің кіріс жəне шығыс сигналдар

Кернеу жеткізу коэффициенті сигналдың барлық гармониялық құраушыларына бірдей болу үшін практикада теңелтетін бөлгіштер, яғни аттенюаторлар қолданылады (4-сурет). Бұл жерде Са – компенсациялайтын (толықтыратын) айнымалы сыйымдылық. Егер сигналдың барлық құраушылары үшін R1Ca=R2Cз 7

(8)

жəне КU= R2/(R1+R2) теңдіктері орындалса, мұндай бөлгіштің жеткізу коэффициенті жиілікке тəуелсіз болады. R1

r

Са

R2

Г ≈

Сз

Rж

еr

4-сурет. Аттенюатор схемасы

2.2 Өтпелі жəне дифференциалдайтын RC-тізбек Күшейткіш каскадтарын (сатыларын) бір-біріне жалғастыру үшін көбінесе айырғыш конденсатор С жəне шығысында актив кедергісі бар өтпелі тізбектер қолданылады (5-сурет). С Uкір

Rс

Uшығ

5-сурет. Өткел RC- тізбек

Өтпелі тізбек сигналды бұзбай (амплитудасы мен түрін өзгертпей) бір каскадтан (сигнал көзі) екінші каскадқа (сигнал қабылдағыш) жеткізу жəне сигнал кернеуінің тұрақты құраушысын өткізбеу үшін керек. Егер өтпелі тізбекке жиілігі f синусоидалық кернеу түсірілсе, онда кешенді (комплексті) кернеу жеткізу коэффициенті:

8

•

•

Ku =

U шыг •

=

U кір

jωСRc , 1 + jωСRc

түрінде өрнектеледі. Ал оның модулі:

Ku =

(9)

ωСRc 1 + (ωСRc )

2

.

Осы (9) өрнек бойынша орташа жəне жоғары жиіліктерде KU→1 (бірге жуық), ал төменгі жиілікте бірден кеми бастайды. Өтпелі тізбектегі актив кедергісінің сигнал көзі мен қабылдағышына елеулі əсер болмауы қажет: RГ tu.

(17)

Егер қарастырылатын RC- тізбектің уақыт тұрақтысы импульс ұзақтығынан кіші келсе, яғни τ= RC< tu, онда δ=100%. болады. Бұл импульс ұзақтығы біткенше конденсатор толығымен зарядталып, өтпелі процесс аяқталады. 7-суретте шығыстағы импульстің түрі көрсетілген. Uкір t Uс t UR

t

7-сурет. Дифференциалдайтын тізбектегі əр элементтегі импульс түрлері

Импульсті техникада қысқа импульстерді алу үшін дифференциалдайтын RC- тізбектер қолданылады. Егер тізбектің кірісінде кернеу белгілі бір жылдамдықпен өзгеріп тұрса, шығысында белгілі бір амплитудасы бар импульс пайда болса, яғни: 11

U шыг =

dU кір dt

,

(18)

сонда мұны дифференциалдаушы тізбек деп атайды. 7-суретте тізбектің кірісінде импульстің шапшаң өзгеру мезетінде ғана активті R кедергі қысқа (шолақ) импульстер пайда болатыны көрініп тұр. Кірісіндегі сигнал ұлғайғанда шығысында оң таңбалы импульс, ал кіріс сигналы күрт кеміп, азайғанда түскен шығысында теріс импульс пайда болады. Шығысындағы импульстердің ұзақтығы тізбектің өтпелі процесс уақытына тең. 3τ уақыт аралығында өтпелі процесс іс жүзінде бітетіндіктен, тізбектің шығысындағы импульс ұзақтығы tт.шығ.≈ 3 RC тең болады деп ұйғарамыз. Сонымен, егер мына теңсіздіктер: жəне

τ= RCtU болған жағдайда tUшығ ≈3τ. Сонымен интегралдайтын тізбекте:

τ = RC> tu

(22)

Rг 1/ωС.

(24)

мынадай теңсіздіктер орындалуы керек.

Uкір

R

С

Uшығ

11-сурет. Интегралдайтын тізбектің бір түрі 14

11-суретте келтірілген сызба жоғарыда қарастырылған (8сурет) тізбекке пара пар. Сондықтан бұл да интегралдайтын тізбек (ұзартатын RC- тізбек) болып табылады. Шығыс импульстің түрлері жəне заңдары бірдей келіп жоғарыдағы барлық айтылған ой-түйіндер бұл тізбекке де жарайтынын дəлелдеп көрсетуге болады. 3. Жұмыстың орындалу тəртібі 3.1. Жұмысқа қажет құралдар 3.1.1. С1-5 типті импульсті синхроскоп 3.1.2. Синусоидалық сигнал беретін генератор 3.1.3. г5-15 типті тікбұрышты сигнал генераторы 3.1.4. Г5-6А немесе Г5-7А типтес тікбұрышты сигнал генераторлары 3.1.5. Резистор мен конденсаторлардың жиынтығы 3.1.6. Дəнекерлегіш Тапсырмалар 3.2. Кернеу бөлгішті зерттеу 3.2.1. Алдын ала оқытушы берген бөлу коэффициентіне сəйкес жəне (2), (3) теңсіздіктерді ескере отырып, тізбектегі R1 мен R2 кедергілерін есептеп шығару керек. Ол үшін генератордың ішкі кедергісін RГ жəне осциллографтың кірістік кедергісін білу қажет. Оларды аспаптардың түсініктемелерінің көмегімен анықтайды. 3.2.2. Есептеп шығарған бөлгішті бір монтажды платаның үстіне құрастырыңыз. 3.2.3. Белгілі бір жиілігі бар f0 синусоидалық сигналды өткел тізбектің кірісіне түсіріп, кернеу жеткізу коэффициентін KU0 өлшеңіз. 3.2.4. Екі түрлі жиілікті: f1>> f0 жəне f2 Сосц.кір, R >> RГ,   (24) tu теңсіздіктерді ескеру керек. 3.3.2. Бұл тізбекті монтажды платаға құрастырып орнықтырыңыз. 3.3.3. Г5-15 генератордан ұзақтығы белгілі бір тікбұрышты импульсті тізбекке жіберіңіз. Тізбектің екі жағындағы импульстердің түрлерін бақылап суретін салып алыңыз. Ұзақтығын, амплитудасын, ұлғаю уақытын өлшеңіз. Жеткізу коэффициентін анықтаңыз. 3.3.4. Ұзақтығы tu сигналдың жеткізу коэффициентін есептеп шығарыңыз. Оны тəжірибеде алынған мəнімен салыстырыңыз. 3.3.5. Өтпелі процестің ұзақтығын есептеп, тəжірибемен салыстырыңыз. 4. Ақпарат-есеп беру Есепті: 4.1 . Барлық баптар бойынша тапсырманың орындалуын жəне құрастырылған сызбаларды өлшеу, аспаптарға тіркеу; 4.2 . Зерттелетін тізбектердің есебін беру;. 4.3 . Тізбектің екі жағындағы кернеу эпюрі жəне сигналдың өлшенетін параметрлерін анықтау; 4.4 . Есептелген мəліметтерді тəжірибемен тексеру керек.

16

5. Сынақ сұрақтары 5.1. Кернеуді дұрыс жолымен жеткізу үшін, төртполюстікте қандай шарттар орындалу керек? 5.2. Өтпелі тізбектен сигнал қалай бұрмаланады? 5.3. Дифференциалдайтын тізбек деген не? Оның шығысындағы импульстің түрі қандай? 5.4. Шығыс импульстің ұзақтығы мен амплитудасы неге тəуелді? 5.5. Интегралдайтын тізбек деген не? Шығыс импульстің түрі қандай? 5.6. Шығысындағы импульстің ұзақтығы мен амплитудасы неге тəуелді? 6. Əдебиет 6.1. Манаев В.И. Основы радиоэлектроники.- М.: Радио и связь, 1990. 512 с. 6.2. Основы радиоэлектроники /Под редакцией Г.Д. Петрухина. М.: МАИ, 1993. - 416 с. 6.3. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. - М.: Лаборатория базовых знаний, 2000. - 488 с. 6.4. Каяцкас А.А. Основы радиоэлектроники. - М.: Высшая школа, 1988. - 464 с. 6.5. Булычев А.Л., Лямин П.М., Тулинов Е.С. Электронные приборы. М.: Лайт ЛТД., 2000. - 415 с. 6.6. Нефедов В.И. Основы радиоэлектроники. - М.: Высшая школа, 2000. - 399 с.

17

№ 2-лабораториялық жұмыс

СТАТИКАЛЫҚ РЕЖИМДЕГІ БИПОЛЯРЛЫ ТРАНЗИСТОРДЫ ЗЕРТТЕУ 1. Жұмыстың мақсаты Базасы ортақ (БО) жəне эмиттерi ортақ (ЭО) қосу əдiстерiне қарай транзистордың жұмыс iстеу режимдерімен танысу. 2. Қысқаша теориялық кiрiспе Екi шетiнiң электрөткiзгiштiгi бiр типтi (n- немесе p-типтi), ал арасының өткiзгiштiгi керiсiнше (p- немесе n- типтi) болатын тұтас шалаөткiзгiш құрылымды биполярлы транзистор деп атайды. Бiр-бiрiне жақын (арасы бiрнеше микрон ғана) жəне өткiзгiштiк түрiне қарай кезектесе орналасқан үш аймақ қарама қарсы қосылған жəне тығыз əсерлесетiн екi p-n- өткелiн құрайды. Аймақтардың өткiзгiштiгiне қарай жəне өзара орналасуына байланысты олар p-n-p немесе n-p-n болып екiге жiктелiп, сызбаларда шартты белгiлермен кескiнделедi (1 жəне 2-суреттер). Екеуiнiң де жұмыс iстеу принципi бiрдей. Транзистор – электртүрлендiргiш аспап, оның сигналды түрлендiру, генерациялау жəне күшейту қабiлетi қатты денедегi заряд тасушылардың қозғалысымен анықталады, атап айтқанда инжекция (бүркiле шығу) жəне экстракция (тарту) құбылыстар арқылы зарядтар тасымалданады. “Транзистор” атауы “кедергi түрлендiргiшi” деген мағына береді, ол ағылшын transfer of resistor сөз тіркесінің аудармасы. Заряд тасушыларға байланысты транзистор биполяр жəне униполяр (екiөрiстi немесе бiрөрiстi) болып екiге бөлiнедi. Бiрiншiсiнде тоқты негiзгi жəне негiзгi емес тасушылар, екiншiсiнде тек негiзгi тасушылар құрайды. Негiзгi тасушыларға электр өрiсi бiр бағытта, ал негiзгi емес заряд тасушыларға керi бағытта əсер етеді. 18

Б

Э

К К

n +1

Б

К Б

p n2

Э n-p-n

Э p-n-p

1- сурет. Биполярлы транзистордың құрылымы жəне оның шартты графикалық кескiні (ШГК)

2.1. Транзистордың құрылымы Транзистордағы p-n- өткелдерiнiң аумағы бiрдей емес. n1+p- өткелiнiң аумағы n2 –p өткелiне қарағанда айтарлықтай кiшi болып келедi (1-суреттi қараңыз). Сонымен қатар қоспа атомдардың концентрациясы транзистордың əр аймағында əртүрлi, яғни транзистордың құрылымы ассиметриялық түрде жасалынады. Кристалдың бiр шетi (1-суретте n1+ қабаты) екiншi шетiне (n2 қабаты) қарағанда өте күштi легiрленген (енгiзiлген қоспалы атомдардың концентрациясы тым жоғары). Бiрiншiсi эмиттер (шығарушы), ал екiншiсi коллектор (жинаушы) аймақтары деп аталады. Коллектор аймағы айтарлықтай үлкен (жинаушы болғандықтан). Эмиттер мен коллектор арасындағы база аймағы заряд тасушылардың қозғалысын реттеп, басқарып отыратын электрод болып саналады. База аймағындағы негiзгi тасушылардың концентрациясы коллектордiкiнен төмендеу. Транзистордың жұмыс iстейтiн активтi аймағы эмиттердiң төменгi жағы болып табылады (1-суретте бұл аймақ сызықшаланбаған). Келесі сызықшаланған аймақ пассивтi (айтарлықтай зиянды) болып табылады. Пассивтi аймақтарды жуықтап жұмыс iстейтiн база мен коллектор қабаттарына тiркелiнген резисторлармен модельдеуге болады (2-сурет). 2-суретте транзистордың активтi аймағы горизонталь түрде көрсетiлген. Ондағы rб жəне rкк резисторлары пассивтi учаскелердi сипаттайды. Эмиттер қабатындағы “+” индексi оның күштi легiрленгенiн бiлдiредi. Эмиттер мен коллектор өткелдердiң бiр-бiрiмен əсерлесуi база аймағына, оның ұзындығына 19

байланысты. Қазiргi транзисторларда базаның енi 1-2 мкм-ден аспайды, ал диффузиялық L ұзындығы (электрондардың) 5-10 мкм.

2-сурет. Транзистордың горизонталь көрiнiсi

Транзистордың негiзгi қасиеттерi осы база аймағындағы процестермен анықталады. Егер база аймағы бiртектi болса, онда тасушылар таза диффузиялық механизм арқылы қозғалады. Ал база бiртектi болмаса, онда сол ортада iшкi электр өрiсi пайда болып, тасушылар диффузиялық жəне қосымша дрейф механизмiмен қозғалады. Дрейфтi транзисторлар соңғы кезде көбiрек қолданылады. 2.2. Жазық транзисторда жүретiн негiзгi процестер Транзисторға кернеу берiлмеген жағдайда оның p-n- өткелдерiнде тасушылардың диффузиялық ауысу себебiнен зарядтардың қос қабатты электр өрiсi пайда болады, өйткенi p-nөткелiнiң сол жағынан (2-сурет) p-типтi тасушылар (кемтiктер) оң жағына ауысып, орындарында қозғалмайтын терiс акцептор иондарын қалдырады. Сол сияқты жылжымалы электрондар он жағынан сол жағына ауысып, орындарына қозғалмайтын оң донорлы иондардан кетедi. Мұндай жағдайда екi аймақтың шекарасынан, жоғарыда айтылғандай диффузия механизмiмен (яғни концентрациясының градиентi болғандықтан), тасушылар ағыны диффузия тоғын құрайды: Iдиф  I рдиф I Rдиф. Жылжымалы кемтiктер мен электрондар қарама-қарсы қозғалып жəне бiрбiрiмен кездесiп, басым көпшiлiгi рекомбинацияға ұшырап, 20

екеуi де “жойылады” (бейтараптанады). Сол себептен шекараның таяу маңайында тоқ құрайтын жылжымалы бөлшектердiң саны азая түсiп, ток жапқыш қабатты қалыптастыра бастайды.

а

ə

б 3-сурет. p-n- өткелдiң моделi жəне оның потенциалдық барьерi а) кернеу берiлмегендегi p-n өткелi, ə) сыртқы керi кернеу берiлгендегi p-n өткелi, б) сыртқы тура кернеу берiлгендегi p-n өткелi

Жапқыш қабаттың оң жағында оң зарядтар, ал сол жағында терiс зарядтар жиналып, өткелдiң iшкi электр өрiсiн тұрғызады:  E  . Мұндағы -жапқыш қабаттың енi (шамамен микрон

ның ондық үлестерi). Осы электр өрiсi қалыптаса келе жылжымалы бөлшектердiң қозғалуын тежей бастайды, ал тиiстi мөлшерiне (

0 ) жеткенде тоқ мүлдем тоқталады (тiптi зарядтарды 0

керi бағыттайды). Бұл p-n- өткелде тепе-теңдiк күй орнағаны. Белгiлi бiр температурада тепе-теңдiк күйi орныққанда зарядтардың көбейтiндiсi: nnpp = ppnn =ni2 = const болады, мұндағы nn – өткiзгiштiгi электрондық аймақтағы электрондардың концентрациясы; pp – өткiзгiшi кемтiктi аймақтағы кемтiктердiң концентрациясы. nn жəне pp –негiзгi тасушылар болып табылады, ал np жəне pn- негiзгi емес тасушылар. Мысалы, бөлме температурасында германий үшiн ni2 =6,25 1026 см-6, кремний үшiн ni2 =5 1020 см-6. Сонымен, өткелдiң екi жағына қозғалмайтын зарядтар екi 21

жаққа бөлiне жиналуынан (конденсатор құрылысына ұқсас) потенциалдар айырмасы пайда болады. Тепе-теңдiк күйiнде осы түйiспе потенциалдың мөлшерi екi аймақтағы негiзгi тасушылардың концентрациясына тiкелей қатысты:

0  т ln

ppnn ni2

,

(1)

кТ -жылулық потенциал, бөлме температурае сында (300 К)  т  25 мB ; pp =Na, nnNd, Na жəне Nd – акцептор мұндағы т 

жəне донор атомдары. Мысалы, Na = 1017 см-3, ал Nd = 1015 см-3 болса, онда германий өткелiндегi потенциалдар айырмасы 0  0,3B болады, ал кремнийде 0  0,7 B . Келтiрiлген мысалға қарағанда шалаөткiзгiштiң меншiктi кедергiсi неғұрлым үлкен болса, соғұрлым оның потенциалы жоғары келеді. Кремнийдiң меншiктi кедергiсi шамамен 105 Омсм, германийдiкi – 50 Омсм. Пайда болған iшкi электр өрiсi (оны қозғалмайтын иондар құрайды) негiзгi заряд тасушыларға тосқауыл болғанымен, негiзгi өткізгіш емес тасушыларды керiсiнше сүйемелдеп, оларды ешбiр кедергiсiз өткелден өткiзе бередi. Мысалы, pаймағындағы негiзгi емес электрондар өткелдiң сол жағынан оң жағына қозғалады. Оларға n-аймағындағы негiзгi тасушылар болатын электрондар қарсы қозғалады. Сол сияқты n-аймағындағы негiзгi емес кемтiктер оң жағынан сол жаққа қозғалып, p- аймағындағы негiзгi кемтiктердiң қозғалысына қарсы жүредi. Сондықтан екi ортаның арасында зарядтары бiрдей бiртектi бөлшектер (екеуi де кемтiктер немесе екеуi де электрондар) бiрбiрiне қарама-қарсы қозғалып, бiреулерi негiзгi тасушылар болып диффузия тоғын құрайды, екiншiлерi негiзгi емес болып дрейф тоғын құрайды. Қарама -қарсы бөлшектердiң ағындары бiр-бiрiне теңелгенде өткелдегi потенциал жоғарғы мəнiне жетiп, (1) формуламен анықталады. Дрейф тоғы жылулық Iт тоғы болып табылады, өйткенi оны құрайтын негiзгi емес тасушылардың саны температураға байланысты. Дрейф тоғының да электронды жəне кемтiктi 22

құраушылары болады: Iт =Iрт +Inт. Негiзгi емес тасушылардың концентрациясы аз болғандықтан, олардың құрайтын тоғы да шамалы, бірақ соған қарамастан қанығу күйiнде жүредi. Себебi p-n- өткелдiң электр өрiсi қандай мəнде болса да , оған жылулық қозғалысымен таяп қалған негiзгi емес тасушылар толығымен кедергiсiз өткел шекарасынан ауыса бередi. Жылулық тоқтың бағыты диффузия тоғына қарама-қарсы, сондықтан оны керi тоқ деп те атайды: Iт = Iдр =I0. Өткелдiң жалпы тоғы:

Ipn  Iдиф  Iдр  Iдиф  I0

(2)

Тепе-теңдiк күйiнде бұл тоқтар бiр-бiрiне теңесiп жалпы токты нөлге айналдырады Ip-n =Iдиф –I0 =0. Негiзгi тасушылар бiр аймақтан екiншiсiне кiре бастаған да (жəне қарама-қарсы), жоғарыда айтылғандай, бiр-бiрiмен рекомбинацияланады. Неғұрлым екiншi аймақтағы негiзгi тасушылардың концентрациясы аз (көп) болса, соғұрлым бiрiншi аймақтан келген негiзгi тасушылардың рекомбинацияға iлiкпей жүретiн жолы ұзын (қысқа) болады. Сол себептен Na  Nd болса, жапқыш жолағы (онда тек иондар!) негiзгiлердiң концентрациясы аз жағына көбiрек ығысады. Жапқыш жолақтың қалыңдығы

dpn  dp  dn 

20 1 1 (  ), e Nd Na

(3)

формуласымен анықталады. Мұндағы dp жəне dn –p жəне n аймақтардың енi; 0 = 8,851012 Ф/м – электр тұрақтысы,  - кристаллдың диэлектрлік өтiмдiлiгi (германийдiкi –16, кремнийдiкi -12); - p-n өткел потенциалының биiктiгi (сыртқы кернеу берiлмегенде оның потенциалы 0-ге тең, яғни тепе-теңдiк күйдегi потенциал). Егер Na  Nd болса, онда

dp n  dn 

20   a n . eNd 23

(4)

Мұндағы a n  2 0 - шала легiрленген n-типтi аймақты eN d сипаттайтын коэффициент. Жапқыш жолағының қалыңдығы əдетте микронның ондық үлестерiндей. 2.3 P-n- өткелдiң вольт-амперлiк сипаттамасы Егер өткелдiң iшкi электр өрiсiне сай (бiр бағытта) сырттан кернеу берiлсе (яғни p- аймағына терiс, n-аймағына оң кернеу), онда өткелдiң кернеулiгi артып, потенциал биiктiгi (0+Е) мəнiне дейiн өседi. Берiлген кернеу мөлшерiне қарай потенциалды барьер биiктей келе негiзгi тасушылардың диффузиялық қозғалысы тоқтап, тоғы нөлге теңеледi. Сонда (2) формула бойынша өткелдiң жалпы тоғы Ip-n =Iдиф –I0 =-I0 аз (бiрнеше микроампер) ғана керi токқа тең болады. Сонымен қатар, электр өрiсi ұлғая келе негiзгi тасушыларды керi айдай бастайды, яғни жапқыш жолағы кеңейе түседi. 3ə- суреттегі кернеу берiлу жолы керi қосу əдiсi деп аталады. Ал ендi p-n өткелге сырттан кернеу тура бағытта берiлсе (pаймағына оң, n- аймағына терiс кернеу), онда iшкi электр өрiсiнiң жəне сыртқы электр өрiсiнiң бағыттары бiр-бiрiне қарамақарсы болып, өткелдiң потенциал биiктiгiн (0-Е) мəнiне дейiн төмендетедi (3б -сурет). Потенциал биiктiгi төмендегенде (яғни жапқыш жолағы тарылғанда) негiзгi тасушылар өткелден бүркiле қозғалып (инжекция құбылысы) диффузия тоғын арттырады. Екiншi аймаққа келiп олар негiзгi емес тасушылар болып қалады. p-n өткелдiң вольт-амперлiк сипаттаманың ассиметриялық түрi 4-суретте көрсетiлген.

4-сурет. p-n өткелдiң ВАС-ы 24

Кернеу тура бағытта берiлгенде өткелден жүретiн ток үлкен, ал керi берiлгенде тогы аз болып шалаөткiзгiштiң меншiктi электрөткiзгiшiмен (негiзгi емес зарядтармен) анықталады жəне бұл керi ток температураға байланысты болатынын ескерте кетемiз. Диффузия тогы экспонента заңымен өзгередi: Iдиф = I0exp [eU/kT], мұндағы U- сыртқы кернеу. (2) формуланы ескере отырып p-n өткелден жүретiн токты: Ip-n =I диф –I0 =I0 {exp [eU/kT]-1}

(5)

формуласымен өрнектеймiз. 2.4. Транзистордың жұмыс iстеу принципi Транзистордың əрбiр өткелдерiне сыртқы кернеу тура немесе керi бағытта берiлуi мүмкiн. Кернеудiң берiлуiне қарай транзистор төрт режим бойынша жұмыс iстейдi. Транзистордың екi өткелiне бiрдей керi кернеу берiлсе, транзистор ток өткiзбейтiн режимде (режим отсечки). Екi өткелiне кернеу тура бағытта берiлсе – транзистор қанығу режимде болады. Эмиттерлiк өткелiне кернеу тура бағытта, ал коллектор өткелiне керi бағытта берiлсе – транзистор активтi режимдегі жұмыста. Ендi эмиттерлiк өткелге керi бағытта, ал коллектор өткелiне тура бағытта кернеу берiлсе – транзистор керi бағытта ток жүргiзiп инверсия режимінде болады. Күшейткiште транзистордың эмиттерiне кернеу тура бағытта (яғни өткелi ашық), коллекторына керi бағытта (яғни өткелi жабық) берiледi. Мұндай активтi режимде iстейтiн жəне базасы ортақ əдiсiмен қосылған p-n-p транзистордың жұмыс iстеу принципi 5-сурет көмегiмен түсiндiрiледi. 5- суретте көрсетiлгендей ЕБЭ кернеу көзi эмиттерге тура бағытта қосылғандықтан одан кемтiктер бүркiле шығып база аймағына жетедi, ал электрондар базадан эмиттер аймағына ауысады. Сонда эмиттер тогының екi құраушысы (электронды жəне кемтiктi) болады: IЭ = IЭдиф =IЭp +IЭn = IЭБ0 [exp (EЭБ /Т -1)] 25

(6)

5-сурет. P-n- транзистордағы токтардың тарауы

PЭ  nБ болғандықтан (яғни базаға қарағанда эмиттер аймағы өте күштi легiрленген) эмиттер тогының кемтiктi құраушысы электронды құраушысынан əлдеқайда көп: IЭp  IЭn. Электронды құраушысы база-эмиттер тiзбегiмен тұйықталып, шығыс коллектор тогына қатысы болмайды. Сондықтан бұл құраушы аздау болу керек. Ал эмиттердiң сапалылығы немесе инжекция коэффициентi:

 

I Эр IЭ



I Эр I Эр  I Эn



1 -ға I Эn 1 I Эp

(7)

тең. Бұл коэффициенттi 1-ге жуықтатуға тырысады. Оның мəнi:  =0,98 0,95. Эмиттерден кемтiктер бүркiле шығып база аймағына шашырап жайылады да электрондармен кезiгiп рекомбинацияланады (атомдар бейтараптанады). Дегенмен, база аймағы өте жұқа келгендіктен жəне келген кемтiктер база аймағына негiзгi емес, көбi еш кедергiсiз коллекторға жиналады. Кемтiктердiң аз ғана үлесi базада электрондармен рекомбинацияға ұшырап базаның рекомбинация тогын құрайды. Яғни эмиттердiң кемтiктi тогы екiге бөлiнедi: IЭр =IКу +IЭрек. IКурекомбинацияға iлiкпей коллекторға жеткен кемтiктер. Бұлар 26

басқаруға келетiн коллектор тогы болып табылады (пайдалы ток). Iэрек - база арқылы тұйықталатын рекомбинация тогы. Бұл токтың да аз болғаны жөн, яғни эмиттерден шыққан кемтiктердiң жол-жөнекей шығындалған шамасын бiлдiредi. Ал ендi база аймағына келген кемтiктердiң қаншасы коллекторға жететiнiн тасымалдау  коэффициенттi бiлдiредi:



I Ку I Эp



I Ку I Ку  I Эрек

(8)

Негiзiнде рекомбинация базаның пассивтi аймағында көбiрек болады. Сондықтан дұрыс (тиiмдi) құрылған кристалда IЭр  IЭрек жиналады. Мұндай жағдайда  ( 0,988  0,995). Сонымен дрейфтi емес транзисторда  мен  коэффициенттерiнiң екеуi де бiрге жуық. Сондықтан жалпы эмиттер тогының жеткiзу коэффициентi мынаған (базасы ортақ схемада):

h21Б  I K / I Э  ( I K / I Эp )( I Эp / I Э )  

(9)

тең, мұндағы h21Б =0,95 - 0,99- бiрге жуық эмиттер тогының интегралды жеткiзу коэффициентi. Бұл коэффициент жалпы эмиттер тогының қандай бөлiгi немесе қаншасы (яғни IКу) коллектор тiзбегiмен тұйықталатынын көрсетедi. Пайдалы коллектор тогы болмағанда (немесе IЭ =0) коллектор өткелiнен (оған керi кернеу берiлген) IКБ0 керi тогы жүредi. Бұл токты құрайтын база аймағындағы негiзгi емес (кемтiктер) тасушылар, өйткенi коллектор аймағындағы негiзгi емес (электрондар) тасушылардың саны өте аз, олар рекомбинацияланып азайған. Негiзгi тасушыларға коллектор өткелiнiң кедергiсi өте зор – бiрнеше МегаОм. Сондықтан коллектор тiзбегiне кедергiсi үлкен жүктеме резисторы тiркеледі. Басқаша айтқанда, қандайда жүктеме кедергiсi болмасын коллектор тогы азаймайды. Соған сəйкес, жүктемеде бөлiнген кернеу де үлкен болады. Нəтижесiнде жүктемеде үлкен қуат бөлiнедi. Ал эмиттерлiк өткелдiң (оған кернеу тура бағытта берiледi) кедергiсi айтарлықтай аз (бiрнеше Ом - ғана). Сол себептен эмиттер 27

жағынан қабылдайтын сигнал қуаты шығысындағы (коллектор жағынан) бөлiнген қуатқа қарағанда аз болып, транзистордың күшейту қабiлетiн көрсетедi. Бұл жерде эмитер мен коллектор токтары бiрдей дерлiк болатынын естен шығармау керек (кедергiлерi əртүрлi, шығыс кедергiсi кiрiс кедергiсiнен 10-100 есе артық). 2.5. Транзистордағы токтардың таралуы 5- суретке қарап, эмиттер, коллектор жəне база токтарының теңдеулерiн келтiремiз:

I Э = I Эр + I Эn I К = I Кy + I КБО

(10)

I Б = I Эn + I Эрек − I КБО жəне 6-9 теңдiктердi ескерсек:

I Э = I Эp + I Эn = I Кy + I Эpek + I Эn = ( I К − I КБО ) + ( I Б + I КБО ) = I К + I Б сонымен,

IЭ = IК + IБ

(11)

Бұл өрнек транзистор үшiн Кирхгофтың 1 заңының орындалуын көрсетедi, яғни əрбiр түйiндегi токтардың алгебралық қосындысы 0-ге тең (түйiнге келгенi сол түйiннен таралғанына тең). Шығыс коллектор тогы басқарылатын IКу жəне шағын басқарылмайтын керi IКБ0 коллектор токтарының қосындысы болып табылады: I k = I ky + I КБО = h21Б I э + I КБО (12) Бұл өрнек бойынша пайдалы шығыс коллектор тогы кiрiс эмиттер тогына тура пропорционал болып тұр. Пропорционалдық h21Б коэффициентi (базасы ортақ схеманың статикалық жеткiзу коэффициентi жоғарыда айтылған) транзистор үшiн өте маңызды параметр болып табылады. 28

База тогы, 6-суретте көрсетiлгендей мынаған тең:

Iб = (I эn + I эpek) − IКБО kББ = (I э − I ky ) − IКБО kББ = (I э − h21Б I э ) − I КБО = = (1 − h21Б )I э − I КБО kББ

(13)

Бұл формула көрсеткендей база тогы эмиттер тогының азғана үлесi болып тұр. Кейiн осы формуланы жиi қолданамыз.

6-сурет. Транзистор түйiнiндегi токтар мен кернеулер

6-суретке қарап, транзистордың электродтарындағы кернеулердiң арақатынасын:

U кэ = U кб − U эб p 0

(14)

түрге келтіреміз. Бұл өрнек Кирхгофтың екiншi заңының көрiнiсi. 2.6. Дифференциалды жеткiзу (беру) коэффициенттерi Базасы ортақ (БО) схемада эмиттер тогының дифференциалды жеткiзу коэффициентi коллектор жəне эмиттер токтары өсiмшелерінің қатынасымен анықталады (UКБ кернеуi тұрақты болғанда): α=

dI k dI э

U лБ = const

=

d ( h21Б I э + I КБО ) dh = h21Б + I э 21Б ≈ h21Б , dI э dI э 29

(15)

бұл жерде h21Б орташа аймақта тұрақты болғандықтан dh21Б / dI2 =0 , сондықтан α ≈ h21Б. Сонымен қатар, транзистор эмиттерi ортақ (ЭО) схемада интегралды жеткiзу коэффициентiмен сипатталады. Бұл коэффициент басқарылатын коллектор жəне басқарылатын база токтарының қатынасымен анықталады: h21э =

I ky I эn + I эpek

=

I ky I k − I КБО h21б I э h = = = 21б , (16) I б + I КБО (1 − h21б ) I э (1 − h21б ) I э 1 − h21б

мұнда h21Б бiрге жуық болғандықтан, h21э ff 1. ЭО схемада дифференциалды жеткiзу коэффициентi (айнымалы база тогын айнымалы коллектор тогына айналдыру, яғни күшейту) жиi қолданылатын:

β =

ΔI к α dI к ΔI к ≈ = ≈ dI б ΔI б ΔI э − ΔI к 1 − α

(17)

формуласымен анықталады. 2.7. Транзистордың күшейту қабiлетi жəне оның тұрақты ток бойынша эквиваленттiк схемасы Транзистордың күшейту қабiлетi шығысында бөлiнген қуатпен кiрiсiнде жұмсалған қуатының қатынасымен анықталады. Мысалы, БО схемада кiрiс эмиттер тогы IЭ жəне оның өсiмшесi ± ΔIэ толығымен дерлiк коллектор тiзбегiне жетiп (IЭ ≈ IК),коллектор тогын IК жəне өсiмшесiн ± ΔIК туғызады. Бiрақ, эмиттер тогын сигнал көзiнiң аз ЕЭ энергиясы шығарады, яғни сигнал көзiнiң алынған қуаты Рэ =Iэ Еэ. Ал коллектор тогы қорек көзiнiң үлкен энергиясы арқылы жүредi, яғни қорек көзiнен алынған қуаты РЭ = IЭ ЕЭ. Сонымен РК >>РЭ болып, шағын сигнал қуаты көмегiмен үлкен қорек көзiнiң қуаты басқарылады. Транзистор күшейткiшке айналады. Транзистордың жұмысын талқылау үшiн оның тұрақты ток бойынша эквиваленттiк схемасын (7-сурет) келтiргенiмiз жөн. Бұл схемада r/Б резисторы базаның пассивтi аймағының кедергiсiн бiлдiредi, оның мəнi 100 Омға жуық. DЭ жəне DК 30

диодтар эмиттер жəне коллектор өткелдерiн сипаттайды. Iк = U21БIэ тогы, эмиттер тогын коллектор тiзбегiне жеткiзу мөлшерiн көрсетедi.

7-сурет. Транзистордың тұрақты ток бойынша эквиваленттiк схемасы

2.8. Транзистордың вольт-амперлiк статикалық сипаттамасы жəне параметрлерi Транзистордың 3 электроды болғандықтан, оның бiреуi кiрiсi мен шығыс тiзбектерiне ортақ болу керек. Сондықтан транзисторды төртполюстiк есебiнде қарастырған жөн (8-сурет).

8-сурет. Төртполюстiк түріндегі транзистор

Төртполюстiк екi кiрiс (U1; I1) екi шығыс (U2; I2) кернеу жəне ток шамаларымен сипатталады. Осы төрт шаманың өзара байланысы:

  ( U1 , U 2 , I1 , I 2 )  0 түрде жазылады. Егер төртеудiң екеуi аргумент ретiнде қарастырылса, қалған 31

екеуi олардың функциясы болып табылады. Транзистор үшiн I1 мен U2 аргумент ретiнде алынғаны қолайлы. Сонда транзистор үшiн төртполюстiктiң теңдеулерi:

U1  H11I1  H12 U 2 I 2  H 21I1  H 22 U 2 .

(18) түрде жазылады. Мұндай тəуелдiлiктер негiзiнде бейсызық теңдеулер. Олардың шешiмдерi күрделi, талқылауы қиын. Сондықтан көбiнесе вольт-амперлiк сипаттамаларын график түрiнде келтiрiп, есептеу жолдарын графикалық əдiспен жүргiзедi. Практикада статикалық сипаттамалары пайдаланылады (9сурет). Сипаттамалар тобының теңдеулерi: U1  f (I1 ) ; U 2  const - кiрiс статикалық сипаттама,

U1  f (U 2 ) ; I1  const - кернеудiң керi жеткiзу сипаттамасы, I 2  f (I1 ) ; U 2  const - токтың тура жеткiзу сипаттамалары, I 2  f ( U 2 ) ; I1  const - шығыс статикалық сипаттамалары түрінде келтіріледі. (18) формуладан H- параметрлерінiң физикалық мағынасын (немесе өлшем бiрлiгiн) оп-оңай анықтаймыз:

H11 

U1 I1

dU 2

 0 ( U 2  const ) - шығыс тiзбегi айнымалы

ток бойынша қысқа тұйықталған жағдайдағы транзистордың кiрiс кедергiсi.

H12 

U1 U 2

dI1

 0 (I1  const ) - кiрiс тiзбегi айнымалы ток

бойынша ажыратылған жағдайдағы кернеудiң керi жеткiзу коэффициентi. 32

H 21 

I 2 I1

dU 2

0

( U 2  const ) - шығыс тiзбегi қысқа

тұйықталғандағы токтың тура жеткiзу коэффициентi.

H 22 

I 2 U 2

dI1

 0 (I1  const ) - кiрiс тiзбегi ажыратыл-

ғандағы шығыс өткiзгiштiгi.

9-сурет. ЭО схемадағы статикалық сипаттамалар көмегiмен H- параметрлерiн анықтау

9-суреттен анықтайтынымыз:

H11э  H12 э 

U кэ I кэ

H 21э  H 22 э 

U бэ I б

I к I б

I к / U к

U к  const

I б  const



U к  const



I б const



AB BC AD

U  U кэ// / кэ

A/ D / I б //  I Б /

 C / B / / A/ B /

Осы əдiстер бойынша БО схеманың H-параметрлерiн де табуға болады. Дегенмен, графикалық əдiспен анықталған Hпараметрлердiң дəлдiгi айтарлықтай жоғары емес. 33

Транзистордың қосу əдiстерiне қарай ВАС- қисықтары жəне H- параметрлерi əртүрлi болып шығады. Бiрақ транзистордың өзiндiгi жүрiп жатқан физикалық процестер қосу əдiстерiне əрине тəуелдi емес. Сол себептен қосу амалдарынан табылған парамертлердi бір жүйеге келтiретiн (өзара байланыстарын анықтайтын) формулалар бар [1]. Практикада транзистордың жұмыс iстеу режимін анықтамадан алынған H- параметрлер жұмыс нүктесiн таңдау арқылы реттейді. 2.9. Транзистордың динамикалық режимі. Жұмыс нүктесiн таңдау Шығыс тогы кiрiс тогы мен кернеуiнiң өзгеруiне тəуелді келсе, транзистор динамикалық режимінде болғаны. Мысалы, ЭО схемада коллектор тогы Iк =f(IБ UБЭ). Егер коллектор тiзбегiне RК резисторын тiркесе, транзистор динамикалық режимде жұмыс iстей бастайды (10-сурет).

Rж

10-сурет. Динамикалық режимдегі транзистор

Шығыс коллектор тогы өзгерген сайын оның UКЭ потенциалы да (коллектор –эмиттер арасындағы) өзгерiп отырады, өйткенi

U кэ  E к  Iк R к .

(19)

Егер IК тогы өсе бастаса, онда UКЭ потенциалы кеми түседi. Сол сияқты UКЭ-дiң өзгеруiне қарай IК тогы да өзгерiп отырады. (19) теңдеу арқылы құрылған түзудi жүктеме сызығы деп атайды. Оны 11-суретте көрсетiлгендей екi А(ЕК,0) жəне В(0, 34

ЕК/RК) нүкте бойынша құруға болады. Жүктеме сызығының енкею бұрышы RК кедергiсiне байланысты. Коллектор тогының айнымалы құраушысына жүктеме кедергiсi RК резисторы ғана емес, сонымен қатар схеманың кiрiс Rн кедергiсi де тiркеледi. 10-суретте жүктеме Rн кедергiсi коллектор тiзбегiнiң тұрақты тогынан Ср айырғыш конденсатор арқылы ажыратылған. Ал айнымалы ток үшiн RК мен Rн кедергiлерi параллель қосылып, жүктеме сызығы ЕD түзуiмен анықталады (11-сурет). Бұл сызық бастапқы “0” жұмыс нүктесiнен өтiп,

U к  Eк  I 0 к Rк  I к ( Rк Rж )  U 0 к  I к ( Rк Rж )

(20)

теңдеу бойынша анықталады. Тұрақты ток бойынша транзистордың жұмыс режимі осы бастапқы “0” жұмыс нүктесiмен белгiленедi. Бұл нүкте көбiне жүктеме сызығының ортасынан орын алып, алғашқы I0К, I0Б,U0КЭ шамаларымен анықталады, өйткенi айнымалы синусоидалық сигнал берiлгенде жұмыс нүктесi сызықтық аймақтан аспау керек. Жұмыс нүктесi берiлген сигнал деңгейiнiң əсерiнен (сигнал тым үлкен болмау керек) сызықшаланған қанығу аймағына (В нүктеге таяу аймақ) жəне сызықшаланған кесу (отсечка) аймағына (А нүктеге таяу аймақ) ығысып кетпеуі керек. Кернеу күшейту КU коэффициентiн, кiрiс сигналының амплитудасын, транзистордың кiрiс кедергiсiн динамикалық жəне шығыс сипаттамалар көмегiмен, яғни графиктік əдiспен анықтауға болады (11-сурет). 3. Жұмыстың орындалу тəртібі

Қажеттi аспаптар: 1. Транзисторды зерттейтiн арнайы макет 2. Тұрақты кернеу көзi 3. Тұрақты токты өлшейтiн миллиампервольтметр 4. Төменгi жиiлiкттi сигнал генераторы 5. С-1-5 типтi осциллограф 6. Жалғастыратын сымдар жəне 4 масштабты форматкалар 35

IБ,, мкА IБ4 IБ3 IБ2 IБ1 IБ0 IБ=- IК0

U КЭ=0В U!КЭ=-5В U!!КЭ=-10В I

А U КЭ , В

Iвх

t

U БЭ ,В Um кір. t

11-сурет. Сигналдың күшейтiлуiн графиктік əдiспен есептеуге келтiрiлген сипаттамалар

3.1. Биполярлы транзистордың статикалық сипаттамаларын алу əдiстерi Транзистордың вольт-амперлiк сипаттамасын кез келген координат жүйесiнде кернеу мен токтарды əр нүкте бойынша өлшей отырып анықтауға болады. Бiрақ, қателiгi ((5-10)% айтарлықтай аз болғанымен, бұл əдiс көп уақыт алады. Сонымен қатар, транзистор көп уақыт токқа қосылып тұрса, оның параметрлерi өзгере бастайды. Сол себептен транзистордың статикалық сипаттамаларын осциллограф көмегiмен түсiредi. Мұндай əдiс қателiгi артқанымен ((15-20)%, практикалық жұмыстарда жарай бередi. Транзистордың вольт-амперлiк сипаттамалары 3 параметрмен анықталатындықтан біріншісін “ұстап” (фиксировать) тұрып, қалған екеуiн (олар айнымалы) осциллографтың вертикалды жəне горизонталды пластиналарына берiп, уақыт бойынша өзгеру қисығын алуға болады. Мысалы, ЭО схеманың шығыс статикалық сипаттамасын [Iк = f (Uк) при Iб = const] түсiру үшiн база тiзбегiне тұрақты IБ токты берiп (оны миллиамперметрмен тексерiп отырады, 3.12-сурет), коллектор тiзбегiне генератордан жəне вентиль (диод) арқылы бiр жартыпериодты синусоидалы кернеу берiледi. Бұл синус заңымен өзгеретiн кернеу осциллограф сəулесiн горизонтал координата бойынша ығыстырып отырады. Сол заң бойынша коллектор 36

тогы жəне RК резисторында бөлiнетiн кернеу де өзгереді. RК-да бөлiнген кернеу URк =IкRк осциллографтың “У” кiрiсiне берiлiп, сəуленi вертикал координата бойынша ығыстырып отырады. Д

«х» μА

«у»

R R

RК

UКЭ

Е IК

12-сурет. Транзистордың ЭО схемада шығыс сипаттамаларын шығару үшiн арнайы принциптік схема жəне қисықтардың түрi

Сипаттамаларды түсiру үшiн осциллограф бетiндегi құлақшалар мына қалыпта тұру керек: синхронизация тегі – “сыртқы”, жұмыс тегі – “күшейткіш”. Сонымен, синусоиданың бiр жарты период уақыт арасында кернеу мен токтың əрбiр лездiк мəнiне сай осциллограф сəулесi “У” жəне ”Х” координаталар бойынша вольт –амперлiк сипаттама қисығын сызып шығады. Бұл сипаттамаларды қағазға түсiрiп, вертикал жəне горизонтал масштабтардың градуировкасын (айдарлауын) жасау керек. “У” координата бойынша осциллографтың сезгiштiгi “Х” координатаның сезгiштiгiне қарағанда жоғары болғандықтан, кiшi шамаларды “У” кiрiсiне, үлкен шамаларды “Х” кiрiсiне беру керек. Генератордан алынған кернеудiң амплитудасы коллекторды қоректендiретiн максималды кернеуден сəл аздау болуы тиіс. “Х” жəне ”У” кiрiстердегі кернеулердiң таңбасына қарай вольт-амперлiк сипаттмалар бiрiншi квадрантта емес, квадранттарда болуы мүмкiн, яғни 90-1800-қа ығысып. Сондықтан қағазға түсiрiлген қисықтарды үйреншiктi түрiне айналдыру жөн. Қисықтарды қағазға түсiргеннен кейiн вертикал жəне горизонтал шкалалардың градуировкасын жасау қажет. Есте болсын! Шкалалардың градуировкасын жасағанда “У” жəне ”Х” кiрiстерiндегi “күшею” жəне “синхронизация” тетiктердi байқамай түртiп қалса, шығарылған қисықтардың масштабы өзгерiп кетедi. 37

Ток бойынша вертикал шкаланы градуирлеу үшiн: - коллектор – эмиттер шықпаларын қысқа тұйықтау; - осциллограф экранында вертикал сызығының 0,75 мөлшерiн қамтитындай генератордан синусоидалық кернеу тистi мөлшерде берiлуi; - сигнал кернеуiн (генератордан берiлген) вольтметр көмегiмен өлшеп, оның амплитудалық Um мəнiн есепте жəне соған сай осциллограф сəулесiнiң ығысу мөлшерiн (мм) жазып алуы. U - сəуленiң ығысқан мөлшерi Iк  m тогына сəйкес болуы Rк қажет. Кернеу бойынша градуирлеу үшiн: - “Х” кiрiсiне тiкелей генератор кернеуiн беру; - осциллограф экарнында 0,75 бөлiгiн қамтитындай горизонтал сызықтық сигнал беру; - вольтметр көрсетуінің амплитудалық мəнiн есептеп алып, соған сай сəуленiң ығысу мөлшерiн (мм) жазып алу керек. - сəуленiң ығысқан мөлшерi 2Um кернеуiне сəйкес, өйткенi сəуле биполярлы синусоидалық сигнал түрінде таралады. 3.2. Жұмыстық тапсырма 1. База тогының 4 мəнi бойынша ЭО схеманың бiр топ шығыс статикалық сипаттамаларын Iк=f(Uкэ) осциллограф көмегiмен түсiру. - 12-суретте келтiрiлген схеманы құрастыру. - Ток көзiн қосу. Нақты бiр база тогын орнықтыру. ВАС қисығын осциллографтан көрсету. Оны қағазға түсiру. Түсiрудiң алдында барлық қисықтарды бiр нүктеден шығару. - База тогының басқа мəндерiне сəйкес қисықтарды түсiру, оларды алдын ала бiр нүктеден шығару. - Приборларды кезек-кезегiмен: сигнал генераторын, кернеу көзiн ажырату. Сосын ток жəне кернеу бойынша масштабтардың градуировкасын жасау. 2. Коллектор кернеуiнiң 4 мəнi бойынша ЭО схеманың бiр топ кiрiс статикалық сипаттамаларын UБЭ =f (IБ) осциллограф көмегiмен түсiру. - 13-суретте келтiрiлген схеманы құрастыру. 38

- Кернеу көзiн қосу. Нақты бiр коллектор кернеуiн орнықтыру. ВАС қисығын осциллографтан көрсету. Оны қағазға түсiру. Түсiрудiң алдында барлық қисықтарды бiр нүктеден шығару. - Коллектор кернеулерiнiң басқа мəндерiне сəйкес қисықтарды түсiру, оларды алдын ала бiр нүктеден шығару. Приборларды кезек-кезегiмен: қорек көзiн, сигнал генераторын ажырату. Сосын ток жəне кернеу бойынша масштабтардың градуировкасын жасау. 3. Эмиттер тогының 4 мəнi бойынша БО схеманың бiр топ шығыс статикалық сипаттамаларын Iк =f (UкБ) осциллограф көмегiмен түсiру. - 14-суретте келтiрiлген схеманы құрастыру. - Кернеу көзiн қосу. Нақты бiрнеше эмиттер токтарын кезек -кезегiмен орнықтыру. ВАС қисықтарын осциллографтан көрсету. Оларды қағазға түсiру. Градуировкасын жасау. 4. Коллектор кернеуiнiң 4 мəнi бойынша БО схеманың бiр топ кiрiс сипаттамаларын UЭБ =f (IЭ) осциллограф көмегiмен түсiру. - 15-суретте келтiрiлген схеманы құрастыру. - Кернеу көзiн қосу. Нақты бiрнеше коллектор кернеулерiн кезек-кезегiмен орнықтыру. ВАС қисықтарын осциллографтан көрсету. Оларды қағазға түсiру. Градуировкасын жасау. 5. Барлық сипаттама топтарын миллиметрлiк қағазға үлкейтiлген масштабпен тұрғызу. Сипаттамалар көмегiмен транзистордың ЭО жəне БО қосу əдiстерi бойынша динамикалық диапазонын анықтау. 6. Сипаттамалар арқылы H- параметрлердi əрбiр схема бойынша есептеп, бiр-бiрiмен салыстыру. 7. ЭО схема бойынша эксперименттен анықталған Hпараметрлер көмегiмен БО схеманың H- параметрлерiн есептеп шығару, оларды БО схема бойынша эксперименттен анықталған H- параметрлерiмен салыстыру. 3.4. Есеп беру Есеп беруде: 1. Схемалар, жұмыстық тапсырманың əрбiр баптары бойынша шыққан нəтижелерi жəне өлшеу əдiстерi келтiрілу керек. 39

2. Статикалық сипаттамалардың графиктерiн көрсету. 3. 5,6,7 баптар бойынша есептеулердi келтiру. 4. Қорытынды жасау. 3.5. Сынақ сұрақтары 1. Транзистордың анықтамасын келтiрiңiз. 2. Эмиттер жəне коллектор өткелдерiне қандай кернеу берілу керек? 3. Инжекция ұғымының анықтамасын берiңiз. 4. Транзистор активтi ережеде жұмыс iстегенде токтардың тарауы, физикалық процестерi. 5. Керi токтардың пайда болуын түсiндiріңіз. 6. Транзистор үшiн неге H- параметрлер қолайлы? 7. ЭО жəне БО схемалардың сипаттамаларының айырмашылығын түсiндiрiңiз. 8. Транзистордың жұмыс нүктесiн қалай таңдайды? 9. Жүктеме сызығын жəне динамикалық ережедегi транзистордың жұмыс iстеуiн айтып берiңiз. 3.6. Əдебиет 1. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. - М.: 1990. 2. Ушаков В.Н., Долженко О.В. Электроника: от элементов до устройств. - М.: 1993. 3. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. - М.: 2000.

40

№ 3-лабораториялық жұмыс

ТҰРАҚТАНДЫРЫЛҒАН ТҮЗЕТКІШТІ ЗЕРТТЕУ 1. Жұмыстың мақсаты

Кернеу тұрақтандырғыш пен фильтрі (сүзгісі) бар түзеткіштің негізгі параметрлері мен сипаттамаларын оқып-білу. 2. Қысқаша теориялық кіріспе 2.1. Радиоэлектрондық құрылғылардың қорек көздері Қорек көзі (ҚК) деп берілген жүктемедегі қажетті кернеу мен токты қамтамасыз ететін құрылғыны айтады. ҚК: негізгі жəне қосалқы атты екі класқа бөлінеді. Негізгі деп электр энергиясы, химиялық реакция (мысалы, гальваникалық элементтер), жұтылған жарық (күн батареясы) немесе жылу энергияларының нəтижесінде алынатын ҚК-і аталады; ал қосалқы болып электр тогы арқалы бір түрден басқа түрлерге айналатын ҚК-рі есептеледі. Көбіне қосалқы ҚК-де айнымалы ток тұрақтыға айналады. Қосымша ҚК-де энергия көзі ретінде жиілігі 50 Гц болатын айнымалы ток пайдаланылады. Шамасы жəне таңбасы уақыт бойынша өзгеретін ток айнымалы деп аталады. Гармониялық заңмен өзгеретін ток тербеліс In амплитудасымен,  жиілікпен сипатталады. Токтың орташа мəні (бір периодтағы орташа мəні нөлге тең аталады) мына түрде анықталады:

а)

ə) 41

б) 1-сурет. Токтың гармониялық заңмен өзгеруі T /2

T /2 T /2 2I I орт  1  idt  2  I m sin tdt   m cos t T 0 T T /2 0 0



2I  m  0,637 I m

(1)

Айнымалы ток күшінің əсерлі мəні деп бір период ішінде берілген резисторда бөлінетін жылу мөлшері айнымалы токтың бөлетін жылу мөлшеріне тең тұрақты ток күшінің мəнін айтады. Жылу мөлшерлері: T

Q  I 2 RT ,

Q   iRdt -ге

(2)

0

тең.

Тұрақты жəне айнымалы токтар үшін жазылған бұл шамаларды теңестірсек: I

Im 1T 2 1T 2 2  0 ,707 I m ,  i dt   I m sin tdt  T0 T0 2

(3)

яғни айнымалы токтың əсерлі мəні Т период ішіндегі айнымалы токтың орташа квадраттық мəніне тең. Тұрақты ток –бұл уақыт бойынша өзгермейтін ток (1, ə-сурет). 42

трансформатор

түзеткіш

фильтр

тұрақтандырғыш

жүктеме

2-сурет

Пульсациялы ток өзінің шамасын өзгертеді, бірақ кернеуді өзгертпейді. Ол түзетілген токтың тұрақты құраушысы деп аталатын I0 орташа мəнмен, Кn пульсация коэффициентімен жəне пульсация жиілігімен сипатталады. Пульсация коэффициенті деп пульсациялы токтың айнымалы құраушысы мəнінің тұрақты құраушы мəніне қатынасын айтады: I I I K П  пик  max min . 2I0 I0

(4)

Реалды қосалқы ҚК-гі пульсациялардың сипаты қарапайым гармониялық болмайды, олардың спектріндегі бірінші, екінші, ... т.с.с. гармониктерді бөлуге болады. Бірінші гармоника амплитудасы max-ды болғандықтан, осы гармоникке сай пульсация коэффициентін қарастырған ыңғайлы:

I K П  m1 . I0

(5)

Функциясына, нақты мақсаты мен талаптарынан тəуелсіз бүкіл дерлік қосымша ҚК 2-суреттегі функционалды схема бойынша құралады. Трансформатор қажетті кернеуді алу үшін қажет. Сонымен қатар, ол ток көзіндегі жəне қосалқы ҚК-нің шығыс тізбегіндегі гальваникалық ажыратуды қамтамасыз етеді. Түзеткіш – бұл айнымалы токты эмиттерлік ауысу (диод) көмегімен тұрақты токқа айналдыратын құрылғы. Түзеткіштің шығысында пульсация коэффициенті өте үлкен болғандықтан, түзеткіштен кейін сүзгі (фильтр) қойылады, сүзгінің шығысындағы пульсация коэффициенті кірісіне қарағанда əлдеқайда аз болады. Қоректенетін тізбектің кернеуін өзгерткенде жүктемедегі кернеуді тұрақты ұстап тұру үшін кернеу мен токты тұрақтандырғыш пайдаланылады. 43

Қосалқы ҚК-ін сипаттайтын негізгі электрлік көрсеткіштер: 1. Қосалқы ҚК-ің шығысындағы тұрақты кернеу шамасыU0 түзетілген кернеу; 2. Шығыс тогының тұрақты құраушысы- I0 түзетілген ток; 3. Шығыс кернеудің (токтың) пульсация коэффициенті – Kn; 4. Айнымалы токтар үшін қосалқы ҚК-ің шығыс кедергісіRшығ. Түзеткіш, сүзгі жəне тұрақтандырғыштың құрылысы мен жұмыс істеу принциптерін қарастырайық. 2.2 . Түзеткіштер Түзеткіштің қарапайым схемасы таза активті жүктемеге жұмыс істейтін бір фазалық схема болып табылады (3а-сурет). Ол қарапайым трансформатор мен вентильден (бұран) тұрады. Бұран ретінде көбінесе шалаөткізгішті кремний диоды пайдаланылады. Бұран деп симметриялы емес өткізгіштігі бар, тура токқа кедергісі аз, кері токқа кедергісі көп болатын құралды айтады.

а) 3-сурет

Тізбекті айнымалы ток көзіне қосқанда диодта потенциалдар айырымы пайда болады. Мысалы, алғашқы жарты периодта «а» нүктесіне оң потенциал, ал «б» нүктесіне теріс потенциал берілсін. Осы жарты период ішінде тізбекте тура ток, ал екінші жарты периодта кері ток жүреді. Кері ток шамасы өте аз болғандықтан, оны ескермеуге болады, сонда тізбекте бағыты 44

бойынша тұрақты жəне шамасы бойынша айнымалы, яғни пульсациялы ток пайда болады. Тізбектегі кернеу мен токтың лездік мəндерінің өзгерісі 3ə-суретте көрсетілген.

ə) 3-сурет

Сонымен, диод периодтың жартысында ток өткізеді (кілт сияқты қосылған), ал екінші жартысында өткізбейді (кілт сияқты қосылмаған). Бір жартыпериодты схемадағы шығыс тогы:



i  I m sin t 0

(6)

түрінде анықталады. Ал период бойынша орташа түзетілген ток: T/2 I I0  1  I m sin tdt  m  0 ,318  I m -ге T 0

(7)

тең. Орташа түзетілген кернеу U0 жəне токтың тұрақты құраушысы: 45

U U  m  0 ,318  U m 0

(8)

өрнегімен анықталады. Түзетілген кернеудің орташа мəнінің айнымалы кернеудің əсерлі мəніне қатынасы: U U

U 0 

U

m

m

  2  0 ,45 

(9)

2

түзету коэффициенті деп аталады, яғни, U  0,45U

0

Диодқа əсер ететін кері кернеу қосалқы орамның кернеуінің амплитудалық:

U

кері

 U m   U

0

(10) мəніне тең. Пульсация коэффициенті жүктемедегі U ml бірінші гармоника амплитудасының кернеудің орташа мəніне қатынасы ретінде анықталады. Бір жартыпериодты түзетудегі кернеу импульстары үшін жазылған өрнекті Фурье қатарына жіктесек: U н  0,318  U mн  0,5U mн sin(t   )  0

1

 0 ,212U mн cos( t   )  ... 2 Қатардың бірінші мүшесі тұрақты құраушы( 0,318U

U

0н

),

(11)

mн



ал екіншісі 0 ,5U бірінші гармоник mн sin( t   )

бойынша табылады. Олай болса, KП 

1

U mн 0 ,5U mн   1,57 U 0 н 0 ,318U mн 46

(12)

Бір жартыпериодты түзеткіш схемаларының ерекшелігі, олардың пульсация коэффициенті шамасының үлкен болуында. Сонымен қатар трансформатордың екінші орамындағы ток тек бір бағытта ғана жүруі себепті, үнемі тұрақты магниттелу пайда болып тұрады, ал бұл трансформатордың өлшемі мен массасының үлкеюіне əкеліп соқтырады.

а)

ə) 4- сурет

Сол себепті, түзеткіштің тиімділігін орнықтыру үшін екіжартыпериодты схеманы пайдаланады. Бір жартыпериодтыдан айрмашылығы, мұнда диод жəне күрделі трансформатор пайдаланылады (4а-сурет). 47

Нəтижесінде жүктемедегі ток кіріс кернеудің екі жартыпериодты кезеңдерінде де жүретін болады. Бірінші жартыпериодта «а» нүктесіндегі кернеу нөлдік шығысқа қатысты оң болғанда VD1 диоды ашылады жəне Rж жүктеме арқылы i1=iж ток өтеді. Бұл жартыпериодта «б» жүктемеде кернеу теріс жəне VD2 диоды кері кернеуде жұмыс істейді, сондықтан да ол жабық. Екінші жартыпериодта «а» нүктесіндегі кернеу теріс, ал «б» нүктесіндегі –оң болады. Бұл жағдайда VD2 (iж=i1) диоды ток өткізе бастайды, ал VD1 диоды кері кернеуде болады. Əрі қарай схемадағы процестер периодты түрде қайталанады, нəтижесінде iж тогы Rж жүктеме арқылы бір бағытта жүреді, оның орташа мəні 4ə-суретте көрсетілген (ортаңғы график). Схемадағы диодтар токты жұп-жұбымен кезектесе өткізеді. Жабық диодқа қосылған кері кернеу қосалқы орамдардағы кернеулердің қосындысына тең. Мысалы, 0,5Т= Т интервалда, VD2 диоды ашық кезде VD1 диодтың анодына U/2 теріс кернеу катодына Uн=U2 кернеу беріледі. Сондықтан лездік кері кернеу Uкері=U2+U2//=2U2 (4ə-суреттегі төменгі график), ал жабық диодтағы max-ды кері кернеу олардың амплитудаларының қосындысына тең. Екі жартыпериодты түзету кезінде түзетілген кернеу жəне ток мəндері: U U 0  2 m  0 ,636  U m 

I I0  2 m  0 ,636  I m



(13)

өрнектері мен анықталады. Яғни, бір жартыпериодтағыға қарағанда 2 есе жоғары. Жүктемедегі кернеу пульсациялы болып табылады. Фурье қатарына жіктесек, онда:

U н  0 ,636  U mн  0 ,425U mн sin( 2t   1 )  ...

(14)

Олай болса, екі жартыпериодты түзету кезінде пульсация коэффициенті мынаған тең болады: 48

KП 

U mн 0 ,425U mн   0 ,67 U 0 н 0 ,636U mн

(15)

Практикада екі жартыпериодты түзету кезіндегі пульсация коэффициентін анықтау үшін келесі формуланы пайдаланады: KП 

2 m 1 2

(16) (16)

мұндағы m- түзету фазаларының саны. Мұндай жағдайда m=2 (2 қосалқы орам бар) жəне K П  2  2  0 ,67 , бұл біржарты4 1 3 периодты түзету кезіндегіден анағұрлым аз. Трансформатор да тиімді пайдаланылады. Екіжартыпериодты схемада қосалқы орамдағы ток əрбір жартыпериодта қарсы бағыттарда жүреді, бұл теория жүзінде магниттелуді реттейді (жояды). Екіжартыпериодты түзетуді алу үшін 4ə-суреттегі схема қолданылады, ол нөлдік шығысы бар түзеткіштен тиімдірек жасалады, себебі мұнда қарапайым трансформатор (қосалқы орамнан келетін нөлдік шығысы жоқ) пайдаланылған. Жалпы, көпірлік схемада трансформатор жоқ болуы да мүмкін,сондықтан түзеткішті тікелей айнымалы ток көзіне қосуға болады. Айталық, бастапқы температурада екінші орамның жоғарғы ұшына («а» белгісі) төменгі ұшымен («ə») салыстырғанда оң потенциал бар болсын. Бұл жоғарыдағы схемада ток VD2-RжVD4 тізбегі бойынша жүреді. Келесі жартыпериодта «ə» белгісі «а» -мен салыстырғанда оң, олай болса ток VD3-R4-VD1 тізбегі бойымен жүреді. Токтың Rж жүктеме арқылы бағыты өзгермейді, ал қосалқы орам арқылы бағыты өзгереді. Көтерме схемада кернеудегі жартыпериодтың екеуі де пайдаланылған, ол екіжартыпериодты бірфазалық схема деп аталады. Ток пен кернеу осциллограммада 4ə-суретте көрсетілген. Көпірлік схемадағы max кері кернеу қосалқы орам мен жүктемедегі кернеудің амплитудалық мəндерінің қосындысына тең. Бірақ кернеу тізбектей жалғанған екі диодқа беріліп тұрғанын ескеру керек, олай болса кернеу теңдей екіге бөлінеді: жоғары біржартыпериодтағы схемаға қарағанда пульсация коэффициенті аз болады. 49

5-сурет

2.3 . Сүзгілер (фильтрлер) Электронды құрылғылардың қалыпты жұмыс істеуі үшін түзетілген кернеу қисығының айнымалы құраушысы болмағаны жөн. Пульсация коэффициентін азайту үшін тегістеу сүзгілері қолданылады. Олар түзеткіш пен активті жүктеме арасына қосылады. Тегістеу сүзгілері негізінде реактивті элементтер- конденсаторлар мен дроссельдерден (индуктивті катушка) құрылады, олар сəйкесінше айнымалы ток үшін аз немесе көп кедергі, ал тұрақты ток үшін көп немесе аз кедергі жасайды. Конденсаторлар Rж жүктемемен параллель, ал дроссельдер тізбектей жалғанады. Тегістеу сүзгілердің жұмыс істеу тиімділігін тегістеу коэффициенті арқылы бағалайды, ол кіріс пен шығыстағы пульсация коэффициенттерінің қатынасымен анықталады:

K тег 

К кір К шыг

,

(17)

сонымен қатар ол сүзгідегі тұрақты кернеудің түсуімен анықталады. Бұл маңызды, себебі сүзгі арқылы бүкіл жүктеме тоғы өтеді жəне ондағы кернеу түсуі неғұрлым аз болса, соғұрлым сүзгідегі қуат шығыны аздау болады. Пульсация коэффициенті көп болған сайын ҚҚК сапасы жоғары болады. Практикада көп қолданылатын тегістеу сүзгілердің сыйымдылықтық, индуктивтік, Г-тəріздес, П-тəріздес, LC-сүзгілер сияқты төрт түрі бар. Қарапайым жағдайда кернеу жүктемеге параллель қосылған сыйымдылық көмегімен тегістеледі (6-сурет). 50

6-сурет

Конденсатордың сүзгілік қасиеттері түзеткіштің диодтары ашық кезде электр энергиясын жинақтай алу жəне диодтар жабық кезде энергияны жүктемеге қайтарып беру қабілеттеріне негізделген. Егер xc  Rн , онда алғашқы бірнеше периодтар ішінде конденсатор кірістік кернеудің амплитудалық мəніне дейін зарядталады да, схемада стационар күй қалыптасады, бұл кезде С (конденсатор) диодтар арқылы периодты түрде зарядталып, жүктеме арқылы разрядталып тұрады (7-сурет).

7-сурет

Қарапайым сыйымдылық сүзгіні енгізу түзеткіште екі энергия көзі жұмыс істеп жатқандай жағдай тудырады. Диодтар ашық кезде энергия көзі –қорек көзі, ал қалған уақытта – конденсатор болады. Бұл жағдай жүктемедегі тұрақты кернеудің күрт өсуіне жəне пульсациялар азаюына əкеледі. Шығыс кернеу мен пульсация коэффициенті конденсатордың разрядталу уақытымен байланысқан. Қарапайым сыйымдылық сүзгісі бар түзеткіш жұмысын біржартыпериодтағы схема мысалында қарастырайық. Диод аноды 51

катодқа қарағанда оң болған жартылайпериодта диод арқылы ток жүреді (уақыт интервалы t0 - t1, t2 - t3 жəне т.б. (7-сурет)). Конденсатор 3 = с уақыт тұрақтысына (6-сурет) сəйкес зарядтала бастайды. Қосалқы орамдағы лездік кернеу U2 конденсатордағы кернеуге теңескенде диод арқылы тікелей ток тоқтайды жəне конденсатор Rж арқылы p = Rнс тұрақты уақытпен разрядтала бастайды (уақыт интервалы t1 - t2, t3 - t4 жəне т.б. (7-сурет).  p >>  3 (себебі RH >> r) болғандықтан бастапқы кезде конденсаторға зарядталу уақытында келіп түскен электрондар заряды разрядталу кезіндегі жоғалтатын электр зарядынан көп, сол себепті шығыс кернеу период сайын өсіп отырады. Шығыс кернеу өсуі тоқталады, егер конденсатор бір период ішінде жинақтаған заряды сол уақыттағы жоғалтқан зарядына тең болса, яғни Qзар=Qразр. Осы қалыптасқан режимді қарастырайық жəне сараптауды жеңілдету үшін кернеудің реалды түрін ара тəріздеске алмастырайық (8-сурет).

8-сурет

Олай болса шығыс кернеудің тұрақты құраушысы (Uт/=0.318Uт) 8-суреттен былайша анықталады: U0=Umс-∆Uс/2, ∆Uс=2(Umс-U0), мұндағы ∆Uс шамасын заряд конденсаторын зарядталу жəне разрядталу процесінің тұрақтандырылуынан анықтауға болады. t2-t1 уақыт аралығындағы конденсатордың жинайтын заряды Qзар=C∆Uс-ға тең, ал t3-t2 уақыт аралығында конденсатордың жоғалтатын заряды Qразр=I0(t3-t2) тең t3-t2 уақыт аралығын (4.8-сурет) бұрыштық бірліктер арқылы өрнектеуге болады: t3-t2= π +( π – θ)= 2 - , 52

онда Qразр= I0(t3-t2)=U0/RH(2 π-θ). Тұрақтылық шарты (2-) (Qзар=Qразр) C∆Uс= U0/RH(2π-θ) теңдеуін береді, бұдан табатынымыз: ∆Uс= U0/RH(2 π-θ)=U0(2 π/τ-θ/τ)= U0(T/τ-θ/τ),

(18)

ал пульсацияның салыстырмалы шамасы ∆Uс/ U0=1/τ(Т-θ) τ= RHС көп болған сайын аз болады. Жүктеменің кедергісі əдетте алдын ала берілетіндіктен, -ды ұлғайту үшін С сыйымдылықты көбейту керек. Бірақ сыйымдылықты тым көп ұлғайту заряд тогының өсуіне əкеледі, ол диод үшін қауіпті. Егер Ө диод арқылы ток жүретін бұрыштық бөліктерде берілген уақыт мезеті болса, онда 8суреттен көретіндей үлкен сыйымдылық кезіндегі разряд уақыты периодтың жартысынан үлкен, олай болса Ө периодтың аз бөлігін құрайды. Ол зарядтың амплитудалық тогы көп болған сайын аз болады. Imθ = I0 π екенін ескерсек, Im/I0= π/θ өрнегін аламыз, яғни Ө аз болған сайын (сыйымдылық көп) Im көп болады (тұрақты I0 кезінде). Берілген сыйымдылық мəнінде бұл жұмыста Ө-нің жүктеме тогынан тəуелділігін алуға болады, яғни Rн-ді өзгерте отырып жүктеме тогы мен разряд тұрақтысын () Rн жəне ///-ді өзгертеміз. Ө бұрышы қырқу бұрышы деп аталады: ∆Uс= Umс- Umcosθ, бұдан cosθ = (Umс- ∆Uс) / Um=Umс/Um- ∆Uс /Um≈1- ∆Uс /Um . Қалыпты режимде U0 амплитудалық мəнге өте жақын, яғни U0= Um . Онда cos θ=1- ∆Uс /U0 деп қабылдауға болады. Сонымен, конденсатордың жүктемеге параллель қосылуы түзетілген кернеуді ұлғайтады (Um шегіне дейін) жəне пульсация коэффициентін азайтады (нөлге дейін). Кернеу жартылайпериодтарының екеуін де пайдаланатын түзеткіш схемаларында конденсаторды жүктемеге параллель қосудан орын алатын эффект жоғары болады. Əріқарай тегістеу қосымша қатарларды қосу арқылы жүзеге асады, көбінесе (осы жұмыстары сияқты) П-тəрізді LC- сүзгі қолданылады.

53

9-сурет

Жоғарыда айтылғандай, сүзгі арқылы жүктеме тогы өтеді, сондықтан ондағы тұрақты кернеу минимумде болуы қажет. Жүктеме тогы өтетін сүзгі элементінің идеалды жағдайда айнымалы ток үшін шексіз, ал тұрақты ток үшін нөлдік кедергісі болуы қажет. Бұл шартты қайсібір жағдайларда индуктивтік катушка қанағаттандырады. DP дросселінің L индуктивтілігі жоғары жəне айнымалы ток үшін кедергісі жоғары, сол себепті жүктемедегі ток пульсациясы азаяды. Пульсациялар индуктивтік арқылы өтпей, айнымалы токқа кедергісі аз С1 конденсатор арқылы жерге тұйықталады. Ал токтың тұрақты құраушысы үшін дроссельдің кедергісі аз. С2 сыйымдылық С1 сияқты С2RH >>T таңдалып алынады, мұндағы Т- пульсациялайтын токтың негізгі (ең төменгі) гармоникасының периоды. С2-нің тегістеу əрекеті С1-ге ұқсас. 2.4. Транзисторларындағы кернеу тұрақтандырғыштар Қазіргі кезгі электронды құрылғылар талабы қорек көзінің шығыс кернеуінің пульсациялары болмауы ғана емес, сонымен қатар оның тұрақты кернеуінің өзгермеуін де талап етеді. ҚҚК-ң тегістеу шамасының өзгеруіне қарай шығыстағы кернеу екі түрлі себептен: (мұнда пульсациялар емес, баяу өзгерулер сөз болып отыр) қорек көзі болатын тізбектер мен жүктеме кедергісінің өзгеруі салдарынан өзгеруі мүмкін. Егер бұл өзгерістер өте үлкен болса, онда ҚҚК схемасына кернеу тұрақтандырғыш қосылады. Кернеу тұрақтағыш деп қорек көзінің немесе жүктеме тогының өзгеруі кезінде жүктемедегі тұрақты кернеудің шамасын берілген дəлдікпен автоматты түрде ұстап тұратын радиоэлектрондық құрылғыны айтады. Тұрақтандырғыштың екі 54

түрі бар: параметрлік жəне компенсациялық, ал олар өз кезегінде үздіксіз жəне импульсті деп бөлінеді. Тұрақты кернеу тұрақтандырғыштардың негізгі параметрлері: кернеу тұрақтандыру коэффициенті, ол шығыс кернеудің салыстырмалы өсімшесі кіріс кернеудің салыстырмалы өсімшесінің арақатынасын көрсететін шама: Ктұр = (∆Uкір/ Uкір)/(∆Uшығ/Uшығ),

(19)

Rшығ былайша анықталады : Rшығ=∆Uшығ/∆Iн

(20)

Пайдалы əсер коэффициенті мынаған тең: η=UшығIн/UвIкір.

(21)

Үздіксіз жұмыс жасайтын компенсациялық тұрақтандырғыштар теріс кері байланысы бар автоматты түрде реттелетін құрылғыға жатады. Компенсациялық тұрақтандырғыштардың екі түрі бар: тізбекті жəне параллель. Тізбекті типтегі тұрақтандырғыштар ҚҚК-де кеңінен пайдаланылады. 10-суретте дискретті транзисторлардағы қарапайым компенсациялық тұрақтандырғыш көрсетілген. Тұрақтандырғыш схемасында Т1 транзистор реттегіш элемент болып табылады, ол Т2 транзистордағы күшейткіш көмегімен басқарылады. D стабилитрон мен R2 резистор Uопт эталонды кернеуі тудыратын параметрлік тұрақтандырғышты құрайды. R3 жəне R4 резисторлары – теріс КБ тізбегінің элементтері, бұл тізбектің шығысындағы кернеу кірісіндегі кернеуге пропорционал Uoc=UHR4/(R3+R4). Бұл тұрақтандырғышта шығыс кернеуі əрқашанда кіріс кернеу мен Т1 реттегіш транзисторларға түсетін кернеу айырымына тең болады UH=Uкір-Uк. Схема былайша жұмыс істейді. Кіріс кернеуді ұлғайту салдарынан шығыс кернеу қалыпты шамасынан асып кетті делік. Бұл шығыс бөлгіштің R4 резисторындағы Uос кері байланыс кернеуінің ұлғаюына əкеледі жəне Uос-Uon сигнал күшейеді. Аталған сигнал Т2 транзисторы арқылы Т1 реттегіш транзистордың базасына 55

полюсі оң болып түссе, нəтижесінде транзистор жабылып қалады. Олай болса, реттегіш транзистордағы кернеу түсуі ұлғаяды жəне жүктемедегі кернеу кемиді. Сонымен, теріс сигнал кезінде Т2 транзисторы ашылады, оның коллекторлық тогы R1 резистордағы кернеу түсуінің ұлғаюы себепті өседі, ал коллектор жəне онымен жалғанған Т1 транзисторы базасының потенциалы кемиді. Нəтижесінде Т1 транзистор жабылады, егер кернеу айырымы оң болса, онда Т2 жабылады жəне ондағы кернеу түсуі де аз болады. Олай болса, шығыстағы кернеу бастапқы мəніне дейін өседі.

10-сурет

Сонымен реттегіш транзистор кедергісі кірістегі кернеу шамасына қарай өзгеріп тұрады, сондықтан ондағы кернеу түсуі кіріс кернеуіне байланысты болады. Бұл кезде шығыс кернеуі өзгермейді. 3. Жұмыстың орындалу тəртібі 3.1. Жұмысқа қажет жабдықтар 3. 1.1 Лабораториялық макет 3.1. 2 Миллиамперметр 3.1. 3 Вольметр 3.1. 4 С1-5 типті осциллограф 3.1.5 Қосқыш сымдар 3.2. Лабораториялық макеттің сипаттамасы Түзеткіш көпірлік схема түрінде жасалған, ол реттегіш 56

трансформаторлар арқылы қорек көзіне жалғанған. Көпір диагоналіне жүктемеге тізбектей кішігірім RТ ток кедергісі қосылған, онда кернеу түсуі диодтар арқылы өтетін токқа пропорционал. Аталған кедергінің арқасында осциллограф көмегімен ток формасын бақылауда кесу бұрышын (угол отсечки) өлшеуге, экрандағы ток амплитудасының арақашықтығын өлшей отырып, Ө кесу бұрышын анықтауға болады.

11-сурет. Зерттелген тұрақтандырылған түзеткіштің принциптік схемасы

12-сурет. Кесу бұрышын анықтау

Түзеткіш көпірден кейін П-тəріздес LC- сүзгі орналасқан, оның ұштары 2 немесе 3-ші нүктелерде көрсетілген. Бұл ұштар сүзгінің тегістеу коэффициенті мен пульсация коэффициентін өлшеуге арналған. П ауыстырып қосқыш «4» жəне «5» нүктелері арқылы іске асады. «4» нүктені қоссақ тек сүзгісі бар түзеткіш зерттеледі, ал «5» -ті қоссақ түзеткішке тұрақтандырғыш қосылады жəне түзеткіш зерттеледі.

57

3.3. Жұмыстық тапсырма 1. Схеманы жинаңыз (13-сурет). Сүзгісі бар түзеткіштің жүктемелік амплитудасын зерттеуіңіз, Uшығ = f (Iн) тəуелділігін тұрғызыңыз.

13-сурет. Сүзгісі бар түзеткішті зерттеудің электрлік схемасы

Сүзгісі бар түзеткіштің шығыс кедергісін анықтаңыз. 2. Осциллографты түзеткіштің токтық кедергісіне («1» нүктесі) қосыңыз. Iн-ді берілген шекте өзгерте отырып шабу бұрышының жүктеме тогынан тəуелділігін алыңыз (12-сурет). Алынған тəуелділік графигін сызыңыз. 3. Осциллограф жəне тұрақты кернеу вольтметрі көмегімен «2» жəне «3» нүктелердегі пульсация шамасын анықтаңыз. 4. П-тəрізді сүзгі пульсациясының тегістеу коэффициентін анықтаңыз. 5. П айрып қосқыш көмегімен түзеткіш шығысын тұрақтандырғыш кірісіне, ал миллиамперметр, жүктеме жəне вольметрді «Шығыс -11» нүктесіне қосыңыз (13-сурет). Тұрақты түзеткіштің жүктемелік сипаттамасын алыңыз. Тұрақтану ауқымын анықтаңыз. Графиктен тұрақтандырғыштың Rшығ максимал мəнін анықтаңыз жəне оны есептелген мəнімен салыстырыңыз. 6. Жүктеме тогын минимумға қосыңыз. «2» жəне «3» нүктелерді қосыңыз (яғни тұрақтандырғыш кірісіне үлкен пульсациялар беріледі). Тұрақтандырғыш кірісі мен шығысындағы пульсациялардың амплитудалық мəндерін осциллограф көмегімен өлшеңіз. Тұрақтандырғыштың кірісі мен шығысындағы тұрақты кернеу шамасын осциллограф көмегімен өлшеңіз. Тұрақтандырғыштың тұрақтандыру коэффициентін анықтаңыз, оны есептеу арқылы табылған мəнімен салыстырыңыз. 58

4. Есеп беру

Жасалған жұмыс туралы есеп беруде түзеткіш пен тұрақтандырғыш қысқаша теориясы, зертханалық макет схемасы, жұмыс тапсырмасы, тапсырмаларды есептеу, барлық кестелер мен графиктер болу керек. 5. Бақылау сұрақтары

1. ҚҚК-ң функционалдық схемасын сызыңыз жəне оның барлық тетіктерінің мақсаттарын түсіндіріңіз. 2. Түзеткіштер түрін атаңыз жəне олардың жұмыс істеу принципін түсіндіріңіз. Бір жəне екіжартылайпериодты түзеткіштің жұмыс істеу принципін түсіндіріңіз жəне түзетілген кернеулер қисықтарын сызыңыз. 3. Түзетілген кернеудің орташа мəні мен бір жəне екіжартылай периодты түзетулер кезіндегі пульсация коэффициенті неге тең? 4. Түзетудің көпір тəріздес схемасының нөлдік ұшы бар екіжартылай периодты түзеткіштен басымдылығы неде? Олардың схемасын сызыңыз. 5. Кернеу пульсациясын тегістеу принципін (сыйымдылық сүзгі мысалында) түсіндіріңіз. 6. П-Тəріздес LC сүзгілердің жұмыс істеу принципін түсіндіріңіз. 7. Электронды тұрақтандырғыш не үшін керек, оның жұмыс істеу принципі қандай? 8. Кесу бұрышының жүктеме тогынан тəуелділігін түсіндіріңіз. 6. Əдебиет 1. Основы радиоэлектроники /По редакцией Г.Д.Петрухина. - М.: МАИ, 1993. - 416 с. 2. Нефедов В.И. Основы радиоэлектроники. - М.: Высшая школа, 2000. - 399с. 3. Ушаков В.Н., Долженко О.В. Электроника: от элементов до устройств. - М.: Радио и связь, 1993. - 352 с.

59

№ 4-лабораториялық жұмыс

RC-КҮШЕЙТКIШТЕРДI ЗЕРТТЕУ 1. Жұмыстың мақсаты

Транзисторлы RC-күшейткiш каскадының негiзгi параметрлерi мен сипаттамаларын зерттеу. 2. Қысқаша теориялық кiрiспе

Электр тербелiстері көмегiмен таратылатын информацияны түрлендiру жəне өңдеу барысында тербелiстердiң қуаты көп жағдайда мардымсыз келеді, сол себепті оны тиiстi мөлшерiне күшейтiп жеткiзуге мəжбүр боламыз. Мысалы, электронды қабылдағыштың кiрiсiне жататын радиосигналдың қуаты 10-14 10-26 Вт аралығында болса, оны бiрнеше ватқа дейiн күшейтуге тура келедi. өйткенi қабылдағыштың соңғы бөлiктерi дұрыс жұмыс iстеу үшiн ваттық мөлшердегi энергияны қажет етедi. Сонда электронды құрылғының күшейту қабiлетi 1014 - 1026 еседей болу керек. Радиоқабылдағыштағы детектордың эффективтi жұмыс iстеуі үшiн радио- жəне аралық жиiлiктегi кернеу күшейткiштердiң кiрiсiне келетiн милливольттiк, микровольттiк тiптi жиi кездесетiн микровольттiң миллиондаған үлестерiндегi кернеулердi  1 В-қа дейiн күшейту қажет етiледi. Оларды: 1) Күшейту элементтері бойынша - лампалы, транзисторлы, туннельдi немесе параметрлi диодтар жəне микросхема көмегiмен құрылған күшейткiштер; 2) Жиiлiк диапазоны бойынша – тұрақты ток күшейткiштерi (ТТК), төменгi жиiлiк күшейткiштерi (ТЖК), радио- немесе аралық жиiлiктегi күшейткiштер (РЖК, АЖК) жəне аса жоғары жиiлiктi күшейткiштер (АЖК); 3) Жиiлiк бойынша өткiзу жолағына қарай - тар жолақты жəне кең жолақты күшейткiштер; 60

4) Сигналдың түрiне қарай – үздiксiз жəне импульстiк күшейткiштер; 5) Электр шамасының түріне қарай – кернеу, ток жəне қуат бойынша күшейткiштер; 6) Жүктеме түрiне қарай – резистивтi (жиiлiкке тəуелдi болмайтындай), резонансты (белгiлi бiр жиiлiктi ғана күшейтетiн) күшейткiштер ерекшеліктері бойынша топтастыруға болады. Бұл жұмыста резистивтi күшейткiш қарастырылады, яғни күшейткiштiң жүктемесi активтi кедергi (резистор) болып табылады. Iс жүзiнде схемада активтi элементтермен қатар реактивтi элементтер (жəне зиянды индуктивтiк, сыйымдылықтар) болатындықтан жүктеменi комплекстiк түрде қарастырамыз. 2.1. RC- күшейту каскадтары (сатылары) Қорек көзiнiң энергиясы есебiнен берiлген сигналдың қуатын арттыратын құрылғыны күшейткiш деп атайды. Ол əлсiз сигнал қорек көзiнiң қуатты энергиясын қабылдағышқа (жүктемеге) тек қана реттеп (басқарып) жеткiзiп отырады. Алдымен сигналдың түрiн бұзбайтын сызықтық электронды күшейткiштi қарастырайық. 1-суретте күшейткiш активтi төртполюстiк ретiнде көрсетiлген. Кiрiс қысқыштарына сигнал көзi тiркелiнедi, ал шығысына жүктеменi қосады. 1-суретте көрсетiлгендей, кiрiстiк Rкiр кедергiсi бар күшейткiшке iшкi Rг кедергiсi бар кернеу генераторы Ег қосылған. Сол сияқты, күшейткiштiң шығыс жағын iшкi кедергiсi (бұл жерде ол Rшығ болып табылады) бар Е кернеу көзi деп тұжырымдауға болады. Оған Rж жүктеменi тiркеймiз. R r Iкір

Еr Uкір

Rшығ

Rкір

Е

Iшығ

Rшығ

1-сурет. Электронды күшейткiштiң блок-схемасы 61

Uшығ

Күшейткiштiң

негiзгi

параметрлерi:

кернеу

бойынша

күшейту коэффициентi K u = U шы ғ , токты күшейту коэффициентi Ег

Ku =

I шығ жəне қуатты күшейту коэффициентi K p = Pшығ . I кiр Pкiр

Сигналдың амплитудасын күшейте отырып, күшейткiш кiрiсi мен шығысындағы оның фазасын ығыстырады. Сигнал бiр қалыпта, яғни сол берiлген күйiнде шықпайды. Сондықтан күшейту коэффициентi жалпы түрде берiледi. Сигналдың түрi бұзылмай неғұрлым дəлiрек шықса, соғұрлым күшейткiштiң сапасы жоғары болады. Бұл да күшейткiштiң негiзгi бiр көрсеткiшi. Сигналдың түрi бұрмаланып шығуының: сызықтық жəне бейсызық екi түрi бар. Бейсызық бұрмаланғанда болғанда берiлген синусоидалы Uкiр(t) = Umsinωt сигнал күшейткiштен кейiн синусоидалы болмай жəне оның құрамында негiзгi гармоникамен қатар жоғары гармоникалар iлесе шығады. Мұндай бұрмалану күшейткiштегi бейсызық элементтер əсерінен түзеді. Бейсызық бұрмаланулар қалайша орын алатынын 2-суреттегi транзистордың динамикалық Iк = f(Uбэ) сипаттамасынан көруге болады. Iк

Iк

UБЭ 0

Uкір (t)

t 0

2 - сурет. Бейсызық бұрмаланудың мысалы

Бейсызық бұрмалану берiлетiн сигналдың жиiлiгiне қатысты емес. Оған тек сигналдың амплитудасы əсер етедi. Сондықтан берiлетiн сигнал бұзылмай шығу үшiн, оның амплитудасы белгiлi бiр максималды мəнiнен аспау керек. Сонда амплитудалық Uшығ=KuUкiр сипаттамасы сызықтық (пропорционалды) қатынаспен өрнектеледi. Сигнал амплитудасының мұндай 62

максималды шамасын күшейткiштiң кiрiстiк динамикалық диапазоны деп атаймыз. Сызықтық бұрмалануды қарастырайық. Жиiлiкке тəуелдi болатын сыйымдылықты жəне индуктивтi кедергiлерге тоқталамыз. Транзистордың өзiн, яғни оның жиiлiкке тəуелдi болатын  мен  коэффициенттерiн қарастырамыз. Сызықтық бұрмалану берiлетiн сигналдың амплитудасына тəуелдi емес. Күрделi спектрлік құрамы бар сигнал күшейткiштен кейiн түрi бұзылып шықса, онда сызықтық бұрмалану болғаны. Бұл жағдайда əрбiр жиiлiктегi құраушылар бiрдей күшейтiлмейдi жəне олардың арасына əртүрлi фаза ығысуы пайда болады. Мұндайда бұрмалануды тiкелей жиiлiктi жəне фазалы бұрмалану деп атаймыз. 3-суретте күшейткiштiң фаза-жиiлiктi: үздiктi сызық - идеалды, үздiксiз сызық - реалды күшейткiштi сипаттамасы көрсетiлген. Берiлген жиiлiк жинағын бұрмаламай шығаратын күшейткiштiң амплитуда-жиiлiктi сипаттамасы горизонталь түзу сызық болады. Ал реалды күшейткiштердiң бұл сипаттамасы төменгi жəне жоғарғы жиiлiк аймақтарында құлай түседi. Күшейткiштiң жиiлiктi сипаттамасының бiр қалыпты еместiгiн бағалау үшiн М-деген жиiлiктiң бұрмалану коэффициентiн келтiремiз: М= К0/К. Бұл жерде К0 - орташа жиiлiктiң тұрақты күшейту коэффициентi, К- қарастырып отырған жиiлiктiң коэффициентi (4- сурет). φ K0 π

K0 / √2 f 0 fm 3-сурет. Күшейткiштiң фаза- жиiлiктi сипаттамасы

fж

f

4-сурет. Күшейткiштiң амп.литуда- жиiлiктi сипаттамасы

1 деп алынады. Сонда бiртексіздік коэф2 фициентiне сай келетiн жиiлiктердi төменгi жəне жоғарғы

Əдетте М 

63

шектелген жиiлiктер деп атаймыз. Яғни (fт-fж) айырма аймағын күшейткiштiң өткiзу жолағы деймiз. Күшейту каскадының негiзгi параметрлерiн талқылау үшiн оны сызықтық активтi төртполюстiк ретiнде қарастыру қолайлы келеді. Төртполюстіктiң ұштары (кiрiс пен шығыс жақтарынан екi -екiден) болады. Ал, транзистордың үш қана аяқшасы бар. Сол себептен оның бiр аяқшасы кiрiс пен шығысына ортақ болуы мiндеттi. Сонда транзисторды схемаға қосу амалдары 6 вариант болып кетедi. Бiрақ транзистордың күшейту қабiлетi 3 түрлі қосу əдiсiмен ғана жүзеге асады. Сондықтан iс жүзiнде базасы ортақ (БО), эмиттерi ортақ (ЭО) жəне коллекторы ортақ (КО) қосу əдiстерi қолданылады. Транзистордағы жүзеге асатын физикалық процестер оның қосу əдiстерiне байланысты емес, өйткенi электродтардың арасындағы токтардың тарау ережесi (арақатынасы) сақталынады. Дегенмен, транзистордың параметрлерi мен сипаттамалары қосу əдiсiне тəуелдi. БО схемада ток күшейтiлмейдi жəне кiрiс кедергiсi аз, шығыс кедергiсi үлкен болғандықтан кернеу күшейту коэффициентi зор жəне шығыс сипаттамалары сызықты. Сонымен қатар жоғарғы шектi жиiлiгi өте үлкен. Осындай ұтымды қасиеттерi болғандықтан, бұл қосу əдiсi практикада айтарлықтай кең таралған. КО схемада керiсiнше, кернеу бойынша күшейту жоқ, бiрақ ток бойынша күшейту жоғары жəне кiрiс кедергiсi зор, шығыс кедергiсi аз, яғни мұндай параметрлер түрлi схемаларды бiрбiрiне үйлестiру амалына өте қажет. Ал ЭО схеманың ток пен кернеу күшейту коэффиценттерi үлкен жəне кiрiс-шығыс кедергiлерi аталған схемалардағы кедергілер аралығында жатады. Сол себептен бұл схема практикада басқа қосу əдiстерiне қарағанда көбiрек қолданылады. ЭО қарапайым RC- күшейткiш схемасын қарастырайық (5сурет). 5-суретте көрсетiлгендей Rб1 жəне Rб2 резисторлар көмегiмен құрастырылған кернеу бөлгiшi база электродында тұрақты: U б  U к

Rб 2 база потенциалын "ұстап" тұрады. Rб 1  R б 2 64

Са

Rr

Rб

RБ2

RК

RЭ

Са

СЭ

Zж Uшығ

Еr

5- сурет. RC- күшейту каскадтың принциптік схемасы

Осы потенциал арқылы Uбэ кернеуi бастапқы I0б (тыныштық тоғы) тоғын анықтайды. Əдетте Uбэ кернеудiң (эмиттерлiк p- nөткелiндегi кернеу) дəл мəнi белгiсiз. Германийлi тразисторда Uбэ0,2В, ал кремнийлi транзисторда Uбэ0,6 В төңiрегiнде. Сонымен қатар, Uбэ кернеудiң азғана өзгерiсi база тогын күрт өзгертiп отырады (экспонента заңымен). Сол себептен транзистордың шығыс статикалық сипаттамаларында база тогы Iб көрсетiледi, оны шамасы аз Uбэ кернеуге қарағанда өлшеу оңайлау (өйткенi үлкен). Бастапқы база тогы h21э есе күшейтiлген I0к колектор тогын туғызады. Осы ток арқылы Rк резисторында тыныштық U0к кернеуi пайда болады:

U K0  RK  I K0  RK  h21Э  I Б0 . Сонымен статикалық қисықтарды пайдаланбай-ақ бастапқы жұмыс нүктесiн анықтауға болады. Ал ендi шығыс сипаттамалар (шығыс сипаттамаларды өткен зертханалық жұмыста қарастырғанбыз) көмегiмен жоғарыда есептеп тапқан жұмыс нүктесiн жүктеме сызығының дəл ортасына орналастыруға болады. Жүктеме сызығы:

U кэ  U к I к0 ( Rк  Rэ ) . формуласы бойынша құрылады. 65

Бiр нүктесi абцисс осiндегi Uкэ =Uқ кернеуi Iк =0; екiншiсi ордината осiндегi I к0 

Uє , Uкэ=0 нүктесі. Rк  Rэ

Резисторлардың номиналы, транзистор жəне қорек көзiнiң кернеуi лабораториялық макетте (5-сурет) көрсетiлген. Берiлген Uқ, Uб жəне Rк, Rэ мəндерiне қарай транзистордың коллекторындағы ток пен кернеудiң арақатынасы жүктеме сызығы бойымен өзгерiп отырады. Жүктеме сызығы көмегiмен жұмыс нүктесiн (бастапқы тыныш күйi) таңдап, күшейткiштiң қолайлы жұмыс ережесiн қалыптастырамыз. Сонда ғана сигналдың түрi бұзылмай күшейтiлiп шығады. Яғни транзистор қанығу жəне толығымен жабық күйiне өтпеу керек, өйткенi мұндай жағдайда шығыс тогын басқаруға (реттеуге) мүмкiндiк болмайды. Сонымен жоғарыда айтылғандай, күшейту каскадының тұрақты ток бойынша қалыпты режимін дұрыс құру керек. Таңдап алынған жұмыс нүктесi сыртқы əсерлерге қарамай, əсiресе температура өзгерiсiнiң салдарынан өзгермей, өзінің қалыпты күйiн ұстап тұруы тиіс. Ол үшiн резистор Rэ жəне Rб1, Rб2 бөлгiш көмегiмен керi терiс байланыс арқылы термотұрақтандыру тiзбегiн құрастырамыз. Кернеу бөлгiшiнiң тогы база тогынан 10 еседей үлкен болғаны жөн (яғни кедергiлерi тым үлкен болмау керек), сонда ғана база потенциалы база тогына тəуелдi болмайды. Сонымен қатар, бөлгiштiң кедергiлерi айтарлықтай үлкен болғаны абзал (транзистордың кiрiс кедергiсiмен салыстырғанда), өйткенi сигнал бөлгiш тiзбегiне тармақталмай толығымен транзистордың кiрiсiне келу керек. Егер температура өзгеруiнiң салдарынан транзистордың шығыс тогы артып кетсе, онда сол мөлшерде Rэ резисторында да кернеу түсуi өседi: Uэ= I0к Rэ. База потенциалы Uб бөлгiш көмегiмен тұрақты болғандықтан жəне Uэ өскен сайын коллектор (жəне эмиттер) тогын басқарушы Uбэ азая түседi. Бұл кернеу азая түссе база тогы төмендеп, өсiп кеткен коллектор тогын басып отырады. Ал ендi температура төмендесе, онда барлық өзгерiстер керiсiнше болып төмендеп кеткен коллектор тогын көтерiп қайта орнына (бастапқы мəнiне) келтiредi, яғни, қандай да өзгерiстер болмасын термотұрақтандырғыш тiзбек көмегiмен жұмыс нүктесi транзистордың қалыпты күйiн сақтайды. Айнымалы ток (сигнал) үшiн керi терiс байланыс қажет 66

емес, өйткенi жұмыс нүктесi сигнал өзгерiсiмен бiрге құбылып, коллектор тогын база тогымен бiрдей өзгертiп, сигнал формасын бұзбай күшейтiп шығаруы керек. Сондықтан айнымалы ток үшiн керi байланысты жоятын Rэ-ге параллель Сэ сыйымдылығын тiркеймiз. Айнымалы токқа оның кедергiсi жоқтың қасы, Rэ тұйықталып (шунтталып), онда кернеу бөлiнбейдi. Сөйтіп сигнал үшiн күшейту коэффициентi жоғарғы деңгейде қала бередi. Са1, Са2 - айырғыш сыйымдылықтар. Олар айнымалы токты өткiзiп, тұрақты токты бiр каскадтан екiншiсiне өткiзбейдi. Сонда əр каскадтың тұрақты ток бойынша қалыпты режимі бұзылмайды. Rк - коллектор тiзбегiндегi резистор, жүктеме қызметiн атқарады. Zж - күшейткiшке тiркелген сыртқы жүктеме. Rс - каскадтың параметрлерiн, күшейту коэффициенттерiн жəне АЖС-ын анықтау үшiн оның айнымалы токқа болатын эквиваленттiк (баламалы) схемасын құрастырамыз. Ол үшін жеке транзистордың кiрiсiне шағын сигнал берiлгендегі эквиваленттiк схеманы пайдаланамыз. 6-суретте каскадтың толық эквиваленттiк схемасы келтiрiлген. Са1

Uкір

Са2

транзистор

RБ

Скір

rкір

h21IБ

rшығ Сшығ

R К СМ

RЖ Uшығ

6- сурет. Күшейту каскадының толық эквиваленттiк схемасы

Мұндай схемаларды қажетiне қарай ықшамдаса, яғни кейбiр элементтерiн елемесе, жүрiп жатқан процестердi талдау жеңiлдеу болады. Эквиваленттiк схемада RэСэ- тiзбегi көрсетiлмеген, оның кедергiсi барлық жиiлiктегi сигналдарда нөлге жуық. Сондық67

тан, бұл тiзбектi елемесек те болады. Айнымалы токқа қорек көзiнiң кедергiсi де аз болғандықтан, оны да қарастырмаймыз. Ал жоғарғы жиiлiкте Скiр, Сшығ, См (монтажды сыйымдылық) жəне басқа да зиянды сыйымдылықтарды ескеремiз. Реалды күшейту каскадында rшығ>>Rк (rшығ∼(1÷5)⋅105Ом, Rк ∼(1÷5)⋅103Ом), 1/ωCкiр >> rкiр (Cкiр- оншақты пикофарад, rкiр ∼ 100 Ом),

Rб =

Rб1 ⋅ Rб 2 ff Rкiр (Rб ∼ оншақты килоОм). Айырғыш Са1 Rб1 + Rб 2

жəне Са2 конденсаторлардың сыйымдылықтары кемiнде бiрнеше мың пикофарадқа жуық алады. Са1 ⋅ Rб - тiзбегiн алдыңғы каскадтың шығысында ескеруге болады. Сонымен параллель қосылған сыйымдылықтарды бiрiктiрiп (С= Cшығ +См), мынадай эквиваленттiк схемаға тоқталамыз (7- сурет). Са2

Iкір=IБ

h21IБ

rвх

RК

С

RН

Iшығ

7- сурет. Күшейткiштiң ықшамдалған эквиваленттiк схемасы

Келтiрiлген схема бойынша жүктемедегi шығыс тогы жиiлiкке тəуелдi болып тұр. Жиiлiкке тəуелдi болатын элементтер С жəне Са2. Жиiлiкке қарай бұл сыйымдылықтардың кедергiлерi бiрдей өзгергенiмен, олар схемаға, бiреуi параллель, екiншiсi тiзбектелiп əртүрлi қосылған. Сол себептен екi сыйымдылықтың əсерi екi түрлi. Бұл жерде транзистордың p-n- өткелдерінен сыйымдылықтары (көп болса мың пикофарад) жоғарғы жиiлiкте параллельдi қосылып, С - сыйымдылықпен бiрiктiруге болатынын айта кетемiз. С-сыйымдылық R- резисторге параллель қосылып тек жоғарғы жиiлiкте ғана оның кедергiсi Rк -мен шамалас болып өз əсерiн тигiзедi. Ал айырғыш конденсатор Са2 жүктемеге тiзбектелiп қосылған. Сондықтан шығыс тогына тек төменгi жиiлiкте ғана аз əсерiн тигiзедi. Төменгi жиiлiкте оның 68

кедергiсi жүктеме кедергiсiмен шамалас болып шығыс кернеудi бөлiп отырады. Сонда RC- каскадта белгiлi бiр жиiлiк аралығында (төменгi мен жоғарғы) екi сыйымдылықтардың тигiзетiн əсерi болмай, каскадтың күшейту коэффициентi жиiлiкке тəуелдi болмайды. Сондықтан, схеманың элементтерiн таңдап алғанда орташа жиiлiкте С- сыйымдылықтың кедергiсi Rк кедергiсiнен айтарлықтай көп болу керек, ал айырғыш Са2 конденсатордың кедергiсi Rж кедергiсiнен аз болу керек. Iс жүзiнде Саның сыйымдылығын көбiрек алады, ал қосымша С сыйымдылықтарын мейлiнше аздау жасауға тырысады. Сонымен, толық жиiлiк диапазонын үш аймаққа (орташа, төменгi жəне жоғарғы) бөлiп, жеке-жеке қарастырады, өйткенi күшейту коэффициентi əр аймақта əртүрлi элементтерге тəуелдi. Күшейткiштiң АЖС-н əр жиiлiк диапазонында қарастырып, эквиваленттiк схеманы қажетiне қарай ықшамдайық. 2.2. Күшейткіш коэффициенттері Орташа жиiлiктер диапазонында Са - сыйымдылықтың кедергiсi аз, ал С-сыйымдылықтың кедергiсi көп (Rк мен Rж – кедергiлерiмен салыстырғанда) болғандықтан, бұл сыйымдылықтарды елемей мына эквиваленттi схеманы құрастырамыз (8- сурет).

Uкір

h21IБ

rкір

RК

RЖ

8- сурет. Орташа жиiлiк диапазонындағы күшейткiштiң эквиваленттiк схемасы

Системаны пайдалана отырып:

69

Iшығ

U шыг  h21I б

Uкiр =Iб rкiр;

RК  RЖ RК  RЖ

екенін табамыз. Шығыс тоғы: I шыг 

( K1 )0  ( KU )0 

U шыг I R  h21э б к , осыдан Rж Rк  Rж

I шыг Rк  h21э ; Iб Rк  Rж

U шыг RК  RЖ  h21э , U кiр ( RК  RЖ )  rкiр

(1)

мұндағы 0 белгiсi - орташа жиiлiктер диапазонын бiлдiредi. Төменгi жиiлiктер диапазонында С-сыйымдылықтың үлкен кедергiсiн ескеруге тура келедi, өйткенi бұл конденсатор жүктемеге тiзбектелiп қосылған жəне өзiнде бөлiнген кернеу елеулi. Бұл жиiлiктер диапазонына қатысты эквиваленттiк схема 9а суретте көрсетiлген. Са

IБ Uкір

rкір

h21IБ

RК

Rж

Iшығ

КI К0 0,7 Τт ωн2

ωн1

ω

9ə-сурет. Төменгi жиiлiк аймақтарындағы күшейткiштiң жиiлiк сипаттамасы

9а-сурет. Төменгi жиiлiктегi эквиваленттiк схема

Схемаға қарап Rк немесе (Са2+Rж) элементтерiнде бөлiнген кернеу түсуiн шығарамыз: 70

1 + Rж ) jwca U RK ( j w ) = h21 э I Б Ч 1 R K + Rж + jwca

RK Ч(

жəне I isu ( j ) 

U RK ( j ) RK  h21э I Б  1 1 Rж  RK  Rж  jca jca RK  h21э I Б  RK  Rж 1 

1 1 [ jca ( RK  Rж )]

осыдан

KIт ( j ) 

I шы ( j )  I Б ( j ) 1 

KI 0 1 [ jca ( RK  Rж )]

(2)

KI 0 , мұндағы   ( R  R )c - күшейтт K ж a 1 1 j т кiштегi өтпелi тiзбектiң уақыт тұрақтысы. KI 0 Күшейту коэффициентiнiң модулi: KIт ( )  -ге 1 2 1 ( ) немесе KIт ( j ) 

 т

тең, фазасы

 т  arctg

1

 ж

,

(3)

яғни шығыс пен кiрiс токтардың арасында фаза ығысуы пайда болады. Сонымен қатар, кернеу бойынша: 71

KU 0

KU 0 ( ) 

1 (

1

 т

(4) )

2

(3) жəне (4) формулаларға сай каскадтың төменгi жиiлiктер диапазонындағы АЖС 9ə-суретiнде көрсетiлген. Бұл қисықтардың түрiн т уақыт тұрақтысы анықтайды: неғұрлым т үлкен болса, соғұрлым қисықтары "көтерiңкi" болып, сипаттамалары бiркелкi келеді. Жоғарғы жиiлiктер диапазонында Са сыйымдылықты елемеймiз (онда кернеу бөлiнбейдi), ал С сыйымдылықты қалдырамыз. Мұнда да кернеу бөлiнбейдi, бiрақ жүктемеге параллельдi қосылғандықтан оны шунттап (тұйықтап), шығыс кернеуiн азайтады. Сонымен, жоғарғы жиiлiкте мына эквиваленттiк схемаға келемiз (10а-сурет).

1

IБ Uкір

rкір

h21IБ

RК C

Rж

КI К0

0,7 Τж

ж2 ж1

10 ə - сурет. Жоғарғы жиiлiк аймақтарындағы жиiлiк сипаттамасы

10а - сурет. Эквиваленттiк схема

Схемаға қарап жазамыз:

I шы ( j ) 



U шы ( j ) ; U шы ( j )  h21э I Б  Rэкв ; Rж

R  RK  jcRK Rж 1 1 1   jc   ж ; Rэкв RK Rж RK Rж 72

U шы ( j )  h21э I Б I шы ( j ) 

RK Rж RK  Rж  jcRK Rж

1 U 21э I Б Rк ;  Rж  Rк 1  jc Rк Rж Rк  Rж

осыдан

KIж ( j )  мұндағы  ж  c 

I шы h R 1 KI 0  21э к   , IБ Rж  Rк 1  j ж 1  j ж

(5)

Rк Rж - жүктеме тiзбегінің уақыт тұрақтысы. Rк  Rж

Күшейту коэффициентiнiң модулi:

KIж ( ) 

KI 0 1  ( ж ) 2

;

tg ж   ж ,

(6)

яғни кiрiс тогына қарағанда шығыс тогының фазалық ығысуы байқалады. (6) формулаға сəйкес күшейткiштiң АЖС қисығының жоғарғы жиiлiкте болатын өзгерiсi 10б- суретте көрсетiлген. Неғұрлым аздау болса, соғұрлым қисықтары жоғарылап, жалпы АЖС қисықтары түзуленедi, өткiзу жолағы алшақтай түседi. Күшейту коэффициентiнiң (1-6) формулаларын ескерiп барлық (толық) жиiлiк диапазонына жарамды күшейткiштiң жалпы АЖС формуласын келтiремiз.

K0

K( ) 

1  ( ж 

1

 т

(7)

)

2

11-суретте осы формулаға сəйкес АЖС қисығы көрсетiлген. Суретте көрсетiлгендей, күшейткiштiң орташа жиiлiктер 73

аймағында АЖС максимал мəнi жиiлiкке тəуелдi емес. Ал төменгi жəне жоғарғы мəндеріне күшейту қабiлетi бəсеңдеп АЖС қисығы "құлай" түседi, Cа  ( Rж  Rк ) дифференциалдайтын тiзбектiң əсерiнен пайда болады. Жоғарғы жиiлiктегi "құламасы" интегралдайтын тiзбектiң əсерiмен түсiндiрiледi. Шектелген төменгi жəне жоғарғы жиiлiктер төмендегі шарттар көмегiмен:

KIт KIж 1    0,7 анықталады, осыдан KI 0 KI 0 2 1 ( т т )

2

 1;

т 

1

(8)

т

жəне

( ж   ж ) 2  1;  ж  Осы

өрнектерге

сүйене

отыра,

1

ж

.

күшейткiштiң

(9) өткiзу

П  ( ж   т ) жолағын арттыру үшiн Н уақыт тұрақтысын

үлкейту, ал Ж-ны азайту қажет екенiн көремiз. Қорыта келе, қарапайым күшейту каскадтың сапасын АЖС қисығының қамтитын аудан мөлшерiмен (қисық астындағы аудан) анықтау, бiр жағынан, қолайлы болатынын айта кетемiз. Аудан мөлшерi, жуықтап алсақ:

( KU )0   ж  h21э

Rк Rж R  Rж h  к  21э  q . rкiр ( Rк  Rж ) сRк Rж rкiр  c

(10)

Бұл формуладан каскадтың күшейту қабiлетi жүктеме кедергiсiне тəуелдi болмай, тек транзистордың өз параметрлерiмен анықталатынын көремiз. Сондықтан q шамасы, оны транзистордың сапалылығын (добротность транзистора) деп атайды, неғұрлым жоғары болса, соғұрлым каскадтың күшейту қабiлетi артады. Транзистордың сапалылығы (сапасын) ұлғайту үшiн h21э-дi үлкейту, rкiр азайту жəне барлық зиянды сыйымдылықтары мейлiнше кеміту (жою) қажет. 74

КI (КI) 0

1

2

1 0,7 өткізу жолағы

ωm=1/τm

ωж =1/τж

ω

11-сурет. RC- каскадтың толық амплитуда-жиiлiк сипаттамасы

2.3. Күшейткіш каскадтың кiрiс жəне шығыс кедергiлерi Кiрiс жəне шығыс кедергiлерiн анықтау үшiн күшейткіш каскадтың толық жəне ықшамдалған Т-тəрiздес эквиваленттiк схемасын келтiремiз (12- сурет). Бұл схемада rБ –база аймағының көлемдiк кедергiсi. Базаның енi аз (бiрнеше микрондар) болғанымен, оның кедергiсi айтарлықтай үлкен  100 Ом шамасында, себебi, заряд тасушылар концентрациясы аз. rэ – эмиттерлiк өткелдiң дифференциалды кедергiсi:

rэ  С к* rБ

Т Iэ

;

βIБ

rЭ rк*

Rr Uкір Еr

IЭ

RЭ

IК

rБ IБ RК Rж

СЭ

а) Каскадтың толық Т-типтi эквивалент схемасы

Uкір

βIБ rЭ

RК

Uшығх

IЭ

12- сурет 75

ə) Қысқартылған эквиваленттiк схемасы

Rж

Егер Iэ =1мA шамасында болса жəне бөлме температурасында т = 25мB екенiн ескерсек, онда rэ  25 Ом төңiрегiнде болады. Rэ резисторы көмегiмен тұрақты ток бойынша керi терiс байланыс құрылады. Сэ сыйымдылық арқылы айнымалы ток үшiн керi терiс байланыс жойылады, яғни айнымалы ток үшiн Rэ резисторы қысқа тұйықталған. rк* –ЭО схемадағы коллекторлық өткелдiң дифференциалды кедергiсi, оның шамасы оншақты кОм. IБ – “ток генераторы”, кiрiс IБ тогын  100 есе күшейI тедi.   к - ЭО схемадағы база тогының дифференциалды I Б жеткiзу коэффициентi. Бұл коэффициент интегралды h21э коэффициентке шамалас:   h21э, айырмашылығы шағын керi токтарда. Ск*- коллектор өткелiнiң барьерлi сыйымдылығы, жүздеген пикоФарад шамасында. Бұл сыйымдылықты төменгi жəне орташа жиiлiктер аймақтарында ескермей, 12ə-суретте көрсетiлген ықшамдалған эквиваленттiк схемаға тоқталамыз. Кiрiс кедергiсi Rкiр 

U кiр I кiр

формуласымен анықталады, мұн-

дағы Iкiр – база тогының айнымалы құраушысы, ал Uкiр- тiкелей базаға берiлген кернеу. Сондықтан RТ =0 деп ұйғарамыз. 12əсуретін пайдалансақ: U кiр  I Б rБ  I э rэ , ал I э  I Б  I к жəне I э  I Б (   1) болғандықтан

Rкiр 

I Б rБ  (   1)  rэ  rБ  (   1)rэ . IБ

(10)

Практикада rБ  100 Ом жəне   100 болғандықтан, кiрiс кедергiсiн жуықтап аламыз:

Rкiр  rэ  2,5кОм Шығыс кедергiсi Rшыг 

(U шыг ) xx ( I шыг ) кт

(11)

формуласымен анықта-

лады. Мұндағы (Uшығ)хх – каскадтың шығысы ажыратылған 76

(шығысына Rж iлiнбеген) күйiндегi шығыс кернеуi (напряжение холостого хода), (Iшығ)қт – шығысы айнымалы ток үшiн қысқа тұйықталған жағдайдағы шығыс тогы (шығысы сыйымдылықпен тұйықталған). Шығыс кедергiсінiң физикалық мағынасы – каскадтың шықпа ұштарына жүктеме iлiнбеген (Rж =) жəне кiрiсiне сигнал берiлмеген (Uкiр =0) жағдайдағы күшейткiштiң дифференциалды кедергiсi. Мұнда, r*к Rк болатынын ескерсек, Rшығ  Rк тең болады. Реалды күшейткiштiң (жүктеменi ескере отырып) шығыс кедергiсiн Rшығ  Rк  Rж формуласымен анықтаймыз. 2.4. Өтпелi жəне импульстiк сипаттамалары Күшейткiштi толығымен сипаттау үшiн оның тек жоғарғы жəне төменгi жиiлiктерiмен шектелмей, сонымен қатар уақыт бойынша сигналдың өзгеруiн қарастыруымыз керек. Мұндайда радиоэлектронды тiзбек өтпелi h1(t) функциямен сипатталады. Бұл функция тiзбек кірісіне бiрлiк секiрме кернеу берiлгенде, шығысындағы сигнал түрін (отклик цепи) сипаттайды.. Бiрлiк  (t) функция:

1, t  0 0, t  0

 (t )   түрі жазылады.

(12)

h1(t)

(t)

1

1 0

0

t

а) бiрлiк функция

t

ə) өтпелi сипаттама 13-сурет

Радиоэлектроникада өтпелi сипаттамамен қатар импульстiк сипаттамалар қарастырылады. Тiзбектiң бiрлiк  -функция импульсіне болатын жауабы импульстiк сипаттама h(t) деп 77

аталады. Математикалық анықтама:

0, t  0 , t  0

 (t )   δ(t)

(13)

h(t)

0

t0

t

а) - функция сипаттамасы

0 14-сурет

t ə) импульстік функция

Амплитудасы шексiз үлкен жəне ұзақтығы шексiз қысқа импульстi дельта-функция ((t)) деп атайды. Ось уақыты бойынша дельта-функцияны t0 уақыт аралығына ығыстырсақ, онда:

t  t0

,  (t  t0 )   0,



  (t  t )dt  1 0

t  t0

(14)



Дельта-функцияның мынадай маңызды қасиеттерi бар. Үздiксiз f(t) функциясы үшін: 



 f(t ) (t  t )  f(t )   (t  t )dt  f(t ) 0

0



0

0

( 15)



қатынасы орындалады. Бұл жерде дельта-функция жəне бiрлiк функция бiр-бiрiне тығыз байланыста болуын айта кетемiз:

h(t )  dh1 (t )dt ,

(16)

яғни өтпелi h1(t) сипаттамасы белгiлi болса, онда импульстiк сипаттамасын да табуға болады. Импульстiк жəне өтпелi сипаттамалар көмегiмен тiзбектiң күрделi сигналға реакциясын оңай табуға болады. 78

Кез келген ток пен кернеудi шексiз сатылы немесе шексiз импульстер жинағы (қосындысы) ретiнде көрсетуге болады. Мысалы, кез келген кернеудi: t

U кiр   U кiр ( ) (t   )d

(17)

0

t

U шыг   U кiр ( )h(t   )d 0

формулалармен көрсетемiз. Соңғы интегралды импульстiк түрдегi Дюамел интегралы деп атайды. Оның физикалық мағынасы: кез келген уақытта сызықты тiзбектiң шығыс Uшығ (t) сигналы бұрын келген кiрiс сигналының əрбір лездiк мəндерiнiң үлес-салмағы бойынша қосындыларының нəтижесi болып табылады. Аргументi (t-), яғни h(t-) болатынын тiзбектiң импульстiк сипаттамасы үлестік функция ролiн атқарады. Сызықты тiзбектiң кiрiс сигналына беретiн əсерiн оның АЖС (k()), ФЖС (()) жəне импульстiк пен h(t) өтпелi h1(t) сипаттамаларынан анықтауға болады. Жиiлiк жеткiзу коэффициентi мен импульстiк сипаттамалар бiр-бiрiмен Фурье түрлендiруі арқылы байланысады:

h(t ) 

1 2



 k ( )e

jt

d ,



осыдан (2.42.6) формулаларын пайдаланып, өтпелi:

h1 (t )  e



t

Т

e



t

ж

,

сипаттаманы табамыз. Өтпелi h1(t) сипаттамасы көмегiмен күшейткiштен өтетiн импульстiк сигналдың бұрмалану мөлшерiн анықтауға, тiк бұрышты импульстi қарама-қарсы екi кернеу секiрмелерiнiң 79

қосындысы деп жорамалдауға болады. Екi секiрме кернеулердiң өтпелi сипаттамаларын кезек-кезегiмен қарастырып, содан кейін толық түрiн шығарамыз (15-сурет). U(t)

tu

Um U0 0,9U0

δU

ΔU Uк

0,5U0 0,1 U0

0 t 1 t3 t 2 tф

tu

t

15-сурет. Шығыс импульсi

Шығыс импульсiн идеалды тiкбұрышты импульспен (оның амплитудасы U0=K0Uкiр (тiкбұрышты кiрiс импульсi-Uкiр) салыстыра отырып күшейткiштiң бұрмалану мөлшерiн анықтаймыз. Сан түрiнде бұрмалану мөлшерi импульс шебiнiң ұлғаю tф уақытымен, U  U  U 0 шамасымен tк кiдiру уақытымен жəне импульстің жазық бөлігінің кемуі U мөлшерiмен анықталады. Жоғарғы жиiлiк аймағында АЖС түрiн аз уақыт аралығындағы өтпелi сипаттама бiлдiредi, ал төменгi жиiлiк аймағында АЖС-ты үлкен уақыт аралығындағы өтпелi сипаттама анықтайды. Оларды жеке қарастырамыз. Аз уақыт аралығына (t