ՀԱՅԱՍՏԱՆԻ ՀԱՆՐԱՊԵՏՈՒԹՅԱՆ

ԿՐԹՈՒԹՅԱՆ ԵՎ ԳԻՏՈՒԹՅԱՆ ՆԱԽԱՐԱՐՈՒԹՅՈՒՆ

ՀԱՅԱՍՏԱՆԻ  ՊԵՏԱԿԱՆ  ՃԱՐՏԱՐԱԳԻՏԱԿԱՆ ՀԱՄԱԼՍԱՐԱՆ

( ՊՈԼԻՏԵԽՆԻԿ )

                                 

ՆՎԻՐՎՈՒՄ  Է ՀՊՃՀ

75  ԱՄՅԱԿԻՆ

 

Ս.Հ. ՄԱՆՈՒԿՅԱՆ

 

Է  Լ  Ե  Կ  Տ  Ր  Ո  Ն  Ի  Կ  Ա

 Ե Վ

 Ս  Խ  Ե  Մ  Ա  Տ  Ե  Խ  Ն  Ի  Կ  Ա

Դասագիրք

(ՄԱՍ 1)

 

Ե Ր Ե Վ Ա Ն   2 0 0 8

 

             ՀՏԴ  621.38. (07)        Հաստատված է ՀՊՃՀ գիտխորհրդի

          ԳՄԴ  32.85 ց7           կողմից (որոշում թիվ 40  , 31.05.2008թ)

           Մ  219                                     որպես դասագիրք «Էլեկտրոնիկա և

                                                  միկրոէլեկտրոնիկա» մասնագիտության

                                                  բակալավրական և մագիստրոսական

                                                  կրթական ծրագրով սովորող ուսանողների

                                               համար:

 

                           Ս.Հ. Մանուկյան

           Մ 219         Էլեկտրոնիկա և սխեմատեխնիկաԴասագիրք.            

                       - Եր.: Ճարտարագետ, 2008. - 480 էջ:

Դիտարկվում են կիսահաղորդչային սարքերի կառուցվածքը, աշխատանքը, պարամետրերն ու բնութագրերը: Բերվում են դրանց    աշխատանքի առանձնահատկությունները տարբեր ռեժիմներում: Ուսումնասիրվում են երկբևեռ և դաշտային տրանզիստորներով հաստատուն և փոփոխական հոսանքի ուժեղարար կասկադների սխեմաները, պարամետրերը և բնութագծերը: Տրվում են ինտեգրալ սխեմաների  հիմնական  հանգույցների  սխեմաներըԲերվում  են ինտեգրալ միկրոսխեմաների կիրառումով տարբեր գծային և ոչ գծային կերպափոխիչների  սխեմաների  պարամետրերի որոշման ու հաշվարկի եղանակները: Տրվում է տեղեկատվություն մի շարք անալոգային և թվային միկրոսխեմաների վերաբերյալ:      

                             Գրախոսներ`

                                                          տ.գ.դ., դոց.                                                      Գ.Վ. Բարեղամյան,

                                                          տ.գ.թ., պրոֆեսոր.                                         Ա.Ս. Շաղգամյան                                                                                                  

                                               «ԱՍՈՒՊ-ԿԱՎԱ» ՍՊԸ - ի տնօրեն,.գ.թ.,               Վ.Շ. Հարությունյան 

             Խնբագիր` Ն.Խաչատրյան 

 

 

  

ՆԵՐԱԾՈՒԹՅՈՒՆ

ԳԼՈՒԽ 1

1.1      ԷԼԵԿՏՐՈՆԱՅԻՆ ՇՂԹԱՆԵՐԻ ԴԱՍԱԿԱՐԳՈՒՄԸ

Ստուգողական հարցեր

 ԳԼՈՒԽ 2   ԿԻՍԱՀԱՂՈՐԴԻՉԱՅԻՆ ՍԱՐՔԵՐ

2.1 Էլեկտրոնա - խոռո­չային  անցում 

2.2 Կիսահաղորդիչային դիոդներ

2.3 Տրանզիստորներ

2.3.1. Երկբևեռ տրանզիստորներ

2.3.2 Դաշտային տրանզիստորներ

2.3.3 Մեկուսացված փականով երկբևեռ տրանզիստորներ

2.4 Տիրիստորներ

2.5 Փոտոէլեկտրոնային սարքեր

2.6 Օպտոէլեկտրոնային սարքեր

2.7 Ինտեգրալ միկրոսխեմաներ

Ստուգողական հարցեր

3. ԷԼԵԿՏՐԱԿԱՆ  ԱԶԴԱՆՇԱՆԻ  ՈՒԺԵՂԱՐԱՐՆԵՐ

3.1 Ուժեղարարների դասակարգումը

3.2  Ուժեղարարների հիմնական պարամետրերը և բնութագծերը

3.3 Աղավաղումներն ուժեղարարներում    

3.4 Ուժեղարարների մաթեմատիկական նկարագրությունը: Ուժեղարարի փոխանցման ‎‎‎‎Ֆունկցիան

3.5 Ուժեղարարների հաճախական բնութագծերը

3.6 Հետադարձ կապն ուժեղարարներում

3.6.1 Հետադարձ կապի ազդեցությունն ուժեղարարի պարամետրերի վրա

3.6.2 Հետադարձ կապով ուժեղարարի կայունությունը

3.7 Ուժեղարարի ստատիկ աշխատանքային ռեժիմ

3.8 RC կապով ուժեղարարներ

3.8.1 Երկբեռ տրանզիստորներով RC կապով ուժեղարարներ

3.8.1.1 Ընդհանուր էմիտերով կասկադ

3.8.1.2  Ընդհանուր բազայով կասկադ

3.8.1.3 Ընդհանուր կոլեկտորով կասկադ ( էմիտերային կրկնիչ )

3.8.1.4. Փուլաշրջիչ  կասկադ

3.8.2 Դաշտային տրանզիստորներով RC կապով ուժեղարարներ

3.8.2.1 Ընդհանուր ակունքով կասկադ

3.8.2.2  Ընդհանուր ըմպիչով կասկադ (ակունքային կրկնիչ)   

3.9 Հզորության ուժեղարարներ

3.9.1 Անմիջական կապով հզորության երկտակտ ուժեղարարներ

3.9.2 Տրանսֆորմատորային  կապով հզորության երկտակտ ուժեղարարներ

3.10 Փուլազգայուն ուժեղարարներ

Ստուգողական հարցեր

3.11. Հաստատուն հոսանքի ուժեղարարներ

3.11.1. Պոտենցիալների համաձայնեցումը հաստատուն հոսանքի ուժեղարարում

3.11.2. Զրոյի դրեյֆի փոքրացման եղանակները

3.11.3. Դիֆերենցիալ ուժեղարար կասկադներ

3.11.4. Հաստատուն լարումը փոփոխական լարման կերպափոխումով, վերջինիս ուժեղացումով և   նորից հաստատուն լարման կերպափոխումով ուժեղարարներ (ՄԴՄ)

3.11.5. Անալոգային միկրոսխեմաների և հաստատուն հոսանքի ուժեղարարների հիմնական տարրեր

3.11.5.1. Հաստատուն հոսանքի աղբյուրներ

3.11.5.2. Հաստատուն լարման աղբյուրներ

3.11.5.3. Հոսանքի հայելիներ

3.11.5.4. Բաղադրյալ տրանզիստորներ

3.11.5.5. Ակտիվ բեռներ

3.11.5.6. Ինտեգրալ գործառական ուժեղարարներ

3.11.5.7. Ինտեգրալ գործառական ուժեղարարների   պարամետրերը

3.11.5.8.Ինտեգրալ գործառական ուժեղարարների բնութագծերը

3.11.5.9. Ինտեգրալ գործառական ուժեղարարների սխեմաները

3.12. ԻԳՈՒ-ներով փոփոխական հոսանքի ուժեղարարներ

3.13. Ընտրողական ուժեղարարներ

3.14. Լայն հաճախական թողանցման շերտով  ուժեղարարաներ

3.14.1. Ցածր հաճախական ճշգրտում

3.14.2. Բարձր հաճախական ճշգրտում

3.14.3 Իմպուլսային ազդանշանի ուժեղարարներ

Ստուգողական հարցեր

ԳԼՈՒԽ4. ԳՈՐԾԱՌՈՒԹԱՅԻՆ ՇՂԹԱՆԵՐ

4.1. Մասշտաբային  ուժեղարարներ

4.1.1. Չշրջող  մասշտաբային  ուժեղարար

4.1.2. Լարման  կրկնիչ

4.1.3. Շրջող մասշտաբային ուժեղարար

4.2. Լարումների գումարող և հանող ուժեղարարներ

4.3. Լարում - հոսանք և հոսանք - լարում կերպափոխիչներ

4.4.Ի նտեգրող շղթաներ

4.4.1. Պասիվ ինտեգրող շղթաներ

4.4.2. Ակտիվ ինտեգրող շղթաներ

4.5. Դիֆերենցող շղթաներ

4.5.1. Պասիվ դիֆերենցող շղթաներ

4.5.2. Ակտիվ դիֆերենցող շղթաներ

4.6. Դիմադրությունների ինվերտորներ

4.7. Գիրատորներ

4.8. Լոգարիթմող ուժեղարարներ

4.9. Անտիլոգարիթմող ուժեղարար

4.10. Ճշգրիտ ուղղիչներ

4.10.1. Միակիսապարբերական ճշգրիտ ուղղիչներ

4.10.2. Երկկիսապարբերական ճշգրիտ ուղղիչներ

4.11. Անալոգային բազմապատկիչներ

4.11.1. ԻԳՈւ-ներով լարումների բազմապատկիչներ

4.11.2. Լարումների ինտեգրալ բազմապատկիչներ

4.12. Լարումների անալոգային կոմպարատորներ

4.12.1. ԻԳՈՒ-ների կիրառումով կոմպարատորներ

4.12.2. Ինտեգրալ կոմպարատորներ

4.12.3. Մեկ սնման լարումով կոմպարատորներ

4.12.4. Երկշեմ կոմպարատորներ

4.12.5. Զրոյի հետ հատման դետեկտոր (Զրո -տարր)

4.12.6. Տարաբևեռ լարումների համեմատող սխեմա

4.13. Լարման մակարդակի սահմանափակիչներ

4.13.1. Դիոդային սահմանափակիչներ

4.13.2. ԻԳՈՒ-ի և դիոդների կիրառումով սահմանափակիչներ

4.13.3. ԻԳՈՒ-ի հետադարձ կապի շղթայում ստաբիլիտրոններով սահ­մանափակիչներ

4.13.4. Ճշգրիտ սահմանափակիչներ

4.14. Ակտիվ զտիչներ

4.14.1. Ընդհանուր  դրույթներ

4.14.2. Ցածր հաճախական զտիչներ

4.14.3. Բարձր հաճախական զտիչներ

4.14.4. Շերտային զտիչներ

4.14.5. Ռեժեկտորային զտիչներ

4.14.6. ԻԳՈՒ- ների կիրառումով ակտիվ զտիչներ

4.14.7. Փուլային զտիչներ

Ստուգողական հարցեր

ԳԼՈՒԽ 5. ԷԼԵԿՏՐՈՆԱՅԻՆ ԲԱՆԱԼԻՆԵՐ

5.1. Անալոգային բանալիներ

5.1.1 Երկբևեռ տրանզիստորներով բանալիներ

5.1.2. Օպտոէլեկտրոնային բանալիներ

5.1.3. Դաշտային տրանզիստորներով բանալիներ

5.2. Թվային բանալիներ

5.2.1. Երկբևեռ տրանզիստորներով բանալիներ

5.2.2. Արագագործ տրանզիստորային բանալիներ

5.2.3. Դաշտային տրանզիստորներով բանալիներ

5.3. Անալոգային և թվային ազդանշանների ինտեգրալ կոմուտատորներ

Ստուգողական հարցեր

 

 

 

 

 

 

ՆԵՐԱԾՈՒԹՅՈՒՆ

Գիտության, տեխնիկայի և տնտեսության տարբեր բնագա­վառ­ների հետագա առաջըն­թացը սեր­տո­րեն կապված է Էլեկտ­րո­նիկայի զար­գաց­ման հետ: Ներկայումս դժվար է պատկե­րաց­նել մարդկային գործու­նեու­թյան որևէ բնագավառ, որտեղ չեն օգտագործվում էլեկտրո­նային սարքեր և դրանց կիրառմամբ ավտոմատիկայի և հաշվիչ տեխնիկայի,  ինֆոր­մացիոն չափիչ և ռադիոտեխնիկայի,  կենցաղային նշանակու­թյան տարբեր սար­քա­­վորումներ: Էլեկտրոնիկայի նման լայն կիրառու­թյունը պայ­մա­նավորված է ինտեգրալ տեխնոլոգիաների բուռն զարգա­ցու­մով, ինչը թույլ է տալիս կազմակերպել բարձրորակ և էժան, հատուկ կարգաբերում չպանջող տարբեր գործառական նշանակության միկ­րո­էլեկտրոնային սխեմաների զանգվածային ար­տադրությունը:

Ինտեգրալ միկրոսխեմաների, հատ­կա­պես անալոգային տեխնի­կայի արդյունավետ կիրառությունը անհնար է առանց իմա­նալու դրանց աշխատանքի սկզբունքը, պարամետրերը և բնու­թագրերը ու դրանց կիրառումով նոր սխեմաների նախագծումն ու ուսումնասիրումը:

Էլեկտրոնիկան  զարգանում է երկու ուղղություններով` էներ­գետի­կական (ուժային) և ինֆորմացիոն: Էներգետիկական էլեկ­տրոնիկան զբաղ­վում է  փոփոխական և հաստատուն   հո­սան­քի կերպափոխում­նե­րով էլեկտրաէներգետիկայի, մետա­լուր­­գիայի և այլ բնագավառներում: Ինֆորմացիոն  էլեկտրոնիկան` էլեկ­տրո­նային սարքերով, որոնք ապա­հո­վում են ճարտարագի­տական և ոչ ճարտարագի­տական (կենսա­բա­նության, առողջա­պա­հու­թյուն և այլն) բնագավառներում տարբեր պարամետ­րե­րի չափումը, հսկումը և կառավարումը:

Դասագիրքը հիմնականում նվիրված է ինֆորմացիոն էլեկ­տրո­նի­կային: Ներկայիս ինտեգրալ սխեմաների լայն ընտրանիի առկայու­թյու­նը նոր խնդիրներ է առաջադրում էլեկտրոնային սխե­մաների և համա­կարգերի նախագծմամբ զբաղվող մասնա­գետներին: Եթե նախկինում նախագծման հիմնական ժամանակը ծախսվում էր առանձին կասկադնե­րի ռեժիմների հաշվարկին, դրանց պարամետրերի որոշմանը, ջերմակայունացման հարցե­րին, այժմ հիմնական ուշադրությունը սևեռվում է միկրոսխեմա­ների միացման սխեմաներին և դրանց պարամետրերի համա­ձայնեցման խնդիրներին: Միայն այն դեպքերում, երբ առաջա­դր­ված խնդիրը միկրոսխեմաների միջոցով լուծել հնարավոր չէ, սխե­մայում  օգտագործվում են դիսկրետ տարրերից բաղկացած շղթաներ:

Էլեկտրոնիկա և սխեմատեխնիկա դասագրքում շարադրված նյու­թերը ուսանողին տալիս են գիտելիքներ էլեկտրոնային սխե­մա­ներում կի­րառվող ազդանշանների,  դրանց ձևավորման սխեմաների, պարա­մետ­րերի ու կիրա­ռությունների վերաբերյալ: Քննարկվում են ժամանա­կակից կիսա­հաղորդիչային սարքերի կառուցվածքը, աշխատանքի սկզբունքը,  պա­րա­մետրերն ու բնութագրերը: Դրանց իմացությունը հիմք է ծառայում ուժեղարար կասկադների և ինտեգրալ գործառական ուժեղարար միկրոսխեմաների կիրա­ռումով անալոգային ազդանշան­ների գծային և ոչ գծային տարբեր կերպափոխիչների նախագծման և հետազոտման հա­մար: Տրվում են փոփոխական և հաստատուն հոսան­քի ուժեղարար կասկադների սխեմաները, դրանց պարամետրերի և բնու­­­թագրերի ուսումնասիրության եղանակները: Դիտարկվում են հետա­­դարձ կապի տեսակները,  որոշվում են դրանց ազդեցությունները ուժեղարարների պարամետրերի վրա: Բերվում են ինտե­գրալ գոր­ծա­ռա­կան ուժեղարարների, ինտեգրալ կոմպա­րա­տորների, անալո­գային և թվային բանալիների, տրա­մա­բանական տարրերի սխեմաները և դրանց  կիրառումով տարբեր գործառական սխեմաների, տրիգեր­ների, լարման մակարդակի սահմանափակիչների, անալոգային բազմապատկիչների, հարմոնիկ տատանումների գեներատորների, ուղղանկյուն և գծային փո­­փո­խումով իմպուլսային ազդանշան­ների ձևավորման սկզբունքները և հաշվար­կի եղանակները: Մեծ տեղ է հատկացված ինտեգրալ գոր­ծառական ուժեղարարներով ակտիվ զտիչների սխեմաների վերլու­ծու­թյանը: Բերված են վերջիններիս համեմատական բնութագրերը:

Դասագրքում դիտարկված են նաև ինտեգրալ միկրոսխե­մա­ների սնման համար անհրաժեշտ փոքր և միջին հզորության երկրոր­դային էլեկտրա­­սնման աղբյուրների կառուցվածքային սխեմա­նե­րը և դրանց առանձին հանգույցների (միաֆազ և եռաֆազ ուղղիչների, հարթեցնող զտիչների, լարման անալոգային և իմպուլսային կայունարարների) էլեկտրական սխեմա­նե­րն ու հաշվարկային հավասարումները:

Բերված են ինտեգրալ միկրոսխեմաների կիրառումով ազ­դա­նշանների գծային և ոչ գծային կերպափոխման սխեմաների հաշվարկի օրինակներ, ինչպես նաև այդ սխեմաների տար­րերի վերաբերյալ տեղեկատվություն:

Դասագիրքը կարող է օգտակար լինել նաև բակալավրական, մա­գիս­տրոսական  կուրսային և դիպլո­մային նախագծերի ու ճարտարա­գետական  տարբեր խնդրիրների լուծման համար:

>>

 

ԳԼՈՒԽ 1

1.1. ԷԼԵԿՏՐՈՆԱՅԻՆ ՇՂԹԱՆԵՐԻ ԴԱՍԱԿԱՐԳՈՒՄԸ

 Էլեկտրոնային շղթաներում աշխատանքային ազդանշանը կա­­րող է լինել անալոգային կամ դիսկրետ: Համապա­տաս­­խանաբար շղթաներն էլ կոչվում են անալոգային (ԱՇ) կամ դիսկ­րետ:

Անալոգային էլեկտրոնային շղթաները կիրառվում են անընդ­հատ ֆ‎‎‎‎‎‎ունկցիայի օրենքով փոփոխվող ազդանշանների ձևավոր­ման, կեր­պա­փոխման, մշակման և հաղորդման նպատակներով: Անալոգային էլեկտրոնային շղթաներում ազդանշանը (լարում կամ հոսանք) ընդու­նում է անսահման թվով արժեքներ, որոնք փոփոխվում են միևնույն ժամանակային մասշտաբով  և  ցան­կա­ցած պահի կարող են որոշվել:

‎‎‎‎‎‎‎‎‎Անալոգային էլեկտրոնային շղթաների (ԱՇ) առավելությունը մեծ ճշգրտությունն ու արագագործությունն է համեմատաբար պարզ կա­ռուց­­վածքի դեպքում: Դրանց թերություններն են` ցածր աղ­մը­կա­կայու­նությունը և պարամետրերի անկայունությունը, պայ­մա­­նա­վոր­ված ար­տա­քին գործոնների նկատմամբ մեծ զգայու­նու­թյամբ (oրինակ շրջա­պատի ջերմաստիճանից, արտաքին էլեկ­տ­րական դաշտերից, տար­րերի ծերացումից և այլն), ինչպես նաև ազդա­նշանը որոշակի հեռա­վորության վրա հաղորդման դեպ­քում տես­քի աղավաղումը և ցածր օգտակար գործողության գործակիցը: 

Դիսկրետ էլեկտրոնային շղթաները (ԴՇ) կիրառվում են անալո­գա­յին ազդանշանը ըստ ժամանակի կամ ամպլիտուդի քվանտաց­ված ազդա­­նշանների ձևավորման, ընդունման, մշակման և հա­ղորդ­ման նպա­տա­կով (քվանտաց­ում կոչվում է անալոգային ազ­դանշանի փո­խարինումը իր արժեքներով առանձին կետերում): 

‎‎‎‎‎‎Անալոգային մեծությունների քվանտացման համար օգտա­գործ­­վում են էլեկտրական իմպուլսների կամ մակարդակների ան­կման հա­ջոր­դականություններ: Էլեկտրական իմպուլսներ ան­վանում են U(t) լար­ման կամ I(t) հոսանքի հաստատված որոշակի U0 և I0 մակարդակնե­րից կարճատև շեղումը: Լարման կամ հո­սան­­քի անկում կոչվում են U(t) -ի կամ I(t) - ի երկու հաս­տա­տուն արժեք­ների միջև արագ փոփոխությունը:

          Նկ.1.1ա,բ-ում պատկերված են լարման  իմպուլսային և  լար­ման մա­կարդակների անկման ազդանշա­նների տեսքերը և դրանց հիմնա­կան պարամետրերը:

          U0 - իմպուլսի կամ լարման անկման սկզբնական արժեք,

          Um -իմպուլսի կամ լարման անկման ամպլիտուդ, որը գնա­հատ­­­­­­վում է սկզբնական U0 արժեքից առավելագույն շեղու­մով,

          tճ, tա -իմպուլսի ճակատի և անկման տևողություններ, որոնք   որոշ­­վում են ամպլիտուդի 0,1Um - ից 0,9Um արժեքներով սահ­մա­նա­­փակ­ված ժամանակահատվածով: Լարման անկումների դեպ­­քում այդ մեծու­թյուն­ները կոչվում են բացասկան (tճ-) և դրական (tճ+) ճա­կատների տևողու­թյուններ,

           tի - իմպուլսի տևողություն` երկու հարևան` ճակատի և անկ­ման միջև ընկած ժամանակահատվածը U=0,5Um արժեքի դեպ­քում,

          T- իմպուլսների կրկնման պարբերություն,

          tդ = T- tի  իմպուլսների միջև դադարի տևողություն,

          f =1 / T - իմպուլսների կրկնման հաճախություն,

          Kլ= tի / T - իմպուլսների լցման գործակից,

          Kմ= T / tի - իմպուլսների միջանցիկություն,

Նշենք, որ հաջորդաբար կրկնվող տարբեր նշանի լարման անկում­ները (դրական dU/dt >0 և բացասական dU/dt < 0) կազ­մում են ուղ­ղան­­կյուն իմպուլսներ: Մասնավոր դեպքում, երբ լարման դրական և բացա­սական անկումները իրար հաջորդում են հավասար ժամանակա­հատ­վածներով, ուղղան­կյուն իմպուլս­նե­րը կոչ­վում են մեյանդր:

Դիսկրետ շղթաների առավելություններն են`

1.ԴՇ-ում իմպուլսային Pի և միջին Pմ հզորությունների միջև կապը որոշվում է Pի=KմPմ հավասարումով: Այդ հավասրումը ցույց տալիս, որ իմպուլսների Kմ միջանցիկության մեծ ար­ժեքների դեպ­­քում, իմպուլ­սային Pի հզորությունը զգալի չափով կգերա­զան­ցի  Pմ միջին հզորու­թյու­նը: Դա ապահովում է ավելի փոքր զանգվածա - գաբարիտային պարամետրեր անալոգային շղթա­նե­րի համեմատ:

2. ԴՇ-ում տրանզիստորներն աշխատում են էլեկտրոնային բանա­լու ռեժիմում (կամ բաց են հագեցված, կամ փակ են), որի դեպքում տրան­զիստորներում ցրման հզորությունները նվազա­գույն են, և օգտա­կար գործողության գործակիցը մեծ է:                                     

3.Դիսկրետ շղթաների հատկությունները (պարամետրերը և բնու­թա­գծերը) ավելի թույլ են կախված շղթայում օգտագործված տարրերի պարամետրերի և արտաքին պայմանների (ջերմաս­տիճան, սնման լարում, ծերացում) փոփոխություններից:            

4. ԴՇ - ի աղմկակայունությունը բարձր է ԱՇ- ի համեմատ, քանի որ իմպուլսի տևողությունը փոքր է, և աղ­մու­կի  ազդեցու­թյան հավա­նակա­նությունը իմպուլսի վրա այդ կարճ ժամանակա­ հատ­վածում կրճատ­վում է:  

5. ԴՇ - ներում ազդանշանի ձևավորման, մշակման, հիշման և հաղորդման նպատակներով օգտագործվում են նույնատեսակ տար­րեր, ինչը հնարավորություն է տալիս շղթաները պատրաս­տել ինտե­­գրալ տեխնոլոգիաների կիրառումով և ապահովել  փոքր չափեր, աշխատանքային բարձր հուսալիություն, ցածր ինքնարժեք:       

Ազդանշանի քվանտացման եղանակից կախված` ԴՇ-ները բա­ժանվում են երեք խմբերի ` իմպուլսային (ԻՇ), ռելեային (ՌՇ) և թվային (ԹՇ):

Իմպուլսային շղթաներում X(t) անալոգային ազդա­­նշանը քվան­­­տա­ցվում է ըստ ժամանակի (նկ.1.2,ա) և ձևավորվում է որ­պես հաս­տա­տուն հաճախությամբ կրկնվող իմպուլ­ս­ների հա­ջոր­դակա­նու­թյուն (նկ.1.2,բ): ԻՇ-ներում խախտվում է ազդանշանի ժամանակային անընդ­­հատությունը, սակայն ընտրված պահերին ազդանշանի արժեքները ճշգրիտ համապատասխանում են X(t)-ի արժեքներին:

Անալոգային ազդանշանի փոխարինումը իմպուլսների հա­ջոր­դա­կանությամբ կոչվում է իմպուլսային մոդուլացում: Իմպուլ­սային մոդու­լացման դեպքում իմպուլսների տեսքը պահպան­վում է: Մեծ կիրա­ռու­թյուն են գտել իմպուլսային մոդուլացման երեք տեսակ` ամպլի­տու­դա - իմպուլսային մոդուլացում (ԱԻՄ), լայնա-իմ­պուլ­սային մոդուլացում (ԼԻՄ) և փուլա- իմպուլսային մոդուլացում   (ՓԻՄ):

Ամպլիտուդա-իմպուլսային մոդուլացման դեպքում անալո­գային  X(t)  ազդանշանի  (նկ.1.3,ա)  մոդուլացվող  (փոփոխվող) պա­­­րամետրը իմպուլսների հաջորդականության ամպլիտուդն է (նկ.1.3,բ):                                            

ԼԻՄ-ի դեպքում մոդուլացվող պարամետրը իմպուլսների լայ­նությունն է (նկ.1.3,գ):    

ԼԻՄ-ը բնորոշվում է իմպուլսների միջանցիկության Kմ կամ լցման Kլ գործակիցներով:

Փուլա-իմպուլսային մոդուլացման դեպքում մոդուլացվող պա­րա­մետրը իմպուլսների միջև հեռավորությունն է, այսինքն` փուլային շեղու­մը ձևավորված սկզբնական իմպուլսների նկատ­մամբ (նկ.1.3,դ ):

Որոշ շղթաներում նշված եղանակները կիրառվում են համա­տեղ:        

Ռելեային շղթաները իրականացնում են X(t) ազդանշանի քվան­տա­ցում ըստ մակարդակի, ձևավորելով աստիճա­նա­յին ազ­դանշան, որի աստիճանները համեմատական են նախօրոք տրված h մեծությանը (նկ.1.2,գ): Ազդանշանի մակարդակի փոփո­խու­թ­յունը կատարվում է nh քայլով: 

Թվային շթաներում անալոգային X(t) ազդանշանի քվանտա­ցումը իրականացվում է ըստ ժամանակի և ամպլիտուդի համա­տեղ: Այդ պատ­­­­ճա­ռով սևեռված պահերին ազդանշանների ար­ժեքները միայն մոտավորապես են համապատասխանում X(t)-ի իրական արժեքներին: Ինչքան մեծ է ազդանշանի դիսկրետաց­ված ար­ժեք­ների թիվը, այքան ավելի մեծ է անալոգային  ազդա­նշանի քվան­տացման ճշգրտությունը:

Սա­կայն միևնույն է ազդանշանի դիսկրետացումից խախտվում է անա­լոգային ազդանշանի անընդհատությունը թե ըստ ամպլիտուդի և թե` ըստ ժամանակի:

Թվային շղթաներում ազդանշանի դիսկրետացված մակար­դակ­նե­րը փոխարինվում են թվերի հաջորդականությամբ: Այդ փո­­խա­րինումը անվանում են կոդավորում, իսկ թվերի զուգոր­դու­թյունը` ազդանշանի կոդ: Ազդանշանի կոդավորումը հնարա­վո­րու­թյուն է ընձեռ­ում ազդա­նշանի ձևափոխումը, մշակումը փո­խարինել կոդի ձևա­փո­խումով և մշակումով: Կոդի ձևավո­րու­մը և մշակումը իրականացվում են թվային սարքերի միջոցով;

Թվային շղթաների առավելություներն են` մեծ աղմկա­կա­յու­նու­թյունը և հուսալիությունը, ինՖորմացիայի երկարատև պահ­պա­­­նումը, բարձր տնտեսական և էներգետիկական արդյունավե­տու­թյունը, ինտե­գրալ տեխնոլոգիաների լայն կիրառումը:

Թվային շղթաների թերություններն են` ոչ մեծ ճշգրտությունը և փոքր արագագործությունը: Սակայն նշված թերությունները որոշ չա­փով վերացվում են միասնականացված մեծ թվով տար­րերի կի­րառու­մով և շղթայի սխեմայի բարդացումով:

Վերջում նշենք, որ ժամանակակից էլեկտրոնային շղթաները, անկախ դրանց անալոգային կամ դիսկրետ, պատ­րաստ­վում են կի­սահաղոր­դչային ինտեգրալ միկրոսխեմաների տեսքով, ունեն փոքր չափսեր, մեծ հուսալիություն և էներգիայի  փոքր ծախս:         

>>

                                                             Ստուգողական հարցեր

1. Ինչպիսի՞ էլեկտրական ազդանշաներ և էլեկտրոնային  շղթաներ գիտեք:

2. Ո՞ր շղթան է կոչվում անալոգային:

3. Ո՞ր շղթան է կոչվում թվային:

4. Ո՞ր շղթան է կոչվում իմպուլսային:

5. Ո՞ր ազդանշանն է կոչվում միանդր:

6. Ազդանշանի քվանտացման ինչպիսի՞ եղանակներ գիտեք:

7. Որո՞նք են անալոգային, իմպուլսային և թվային  էլեկտրոնային շղթաների առանձնահատկությունները:

8. Ինչպիսի՞ տեսք ունի ռելեային շղթայի ազդանշանը:

9.Բացատրեք ամպլիտուդա-իմպուլսային մոդուլացիայի էությունը:

10.Բացատրեք լայնա-իմպուլսային մոդուլացիայի էությունը:

11.Բացատրեք փուլա-իմպուլսային մոդուլացիայի էությունը:

12. Ո՞րոնք են ԱԻՄ, ԼԻՄ, ՇԻՄ շղթաների պարամետրերը:

13. Ի՞նչ է ազդանշանի կոդավորումը թվային շղթաներում:

14. Թվարկեք անալոգային և թվային շղթաների դրական և բացասական հատկանիշները:

>>

 

ԳԼՈՒԽ 2

 ԿԻՍԱՀԱՂՈՐԴԻՉԱՅԻՆ ՍԱՐՔԵՐ

Կիսահաղորդիչային սարքերի աշխատանքը հիմնված է եր­կու տար­­բեր էլեկտրահաղորդականությամբ օժտված կիսահա­ղոր­դիչ­­ների, կամ կիսահաղորդիչ – մետաղ,       հպման տիրույթ­նե­րում տե­ղի ունեցող երևույթների վրա: Կիսահաղորդիչային  սարքերը  (դիոդներ, տրանզիս­տոր­­ներ, տիրիստորներ և այլն) բաղկացած են մեկ և ավելի թվով էլեկ­տրոնա - խոռո­չային (p - n) անցում­նե­րից: էլեկտրոնա-խոռո­չային  ան­ցում կոչվում է Էլեկտրո­նային n էլեկտրահաղորդականությամբ  և խո­ռո­չային p էլեկտրահաղոր­դա­կա­նությամբ կիսահաղորդիչների հպման տի­րույ­թում հիմնա­կան լիցքակիրներով աղքատացված միջա­կայքը:

 

2.1. Էլեկտրոնա - խոռո­չային  անցում

Դիտարկենք Էլեկտրոնա-խոռո­չային  (p – n) անցման աշ­խա­­տանքի սկզբունքը: Ենթադ­րենք գերմանիումի (Ge) երկու կիսա­հա­ղոր­դիչներ, որոն­­ցից մեկը օժտված է խոռոչային p, իսկ մյուսը` էլեկտրոնային n էլեկ­­­տ­­րահաղորդակա­նությամբ, հպվում են իրար իդեալական հարթ և մա­­քուր մակերեսով (նկ.2.1ա): Խոռո­չային էլեկտրահաղորդակա­նու­թյամբ օժտված p կիսա­հա­ղոր­դ­իչում հիմնական լիցքակիր մասնիկ­­նե­րի` խոռոչների pp կոն­­ցեն­տ­րա­ցիան մի քանի կարգով գե­րա­­զանցում է ոչ հիմնական լից­քա­կիր մասնիկ­նե­րի` էլեկտրոն­նե­րի pn կոնցեն­տրա­ցիան (pp >>pn), իսկ էլեկտրոնային էլեկ­տ­րա­հա­ղորդակա­նու­թյամբ օժտ­ված n կի­սա­հա­ղոր­դիչում հիմնական լից­քա­­կիր մաս­նիկ­նե­րի` էլեկ­տ­րոն­­նե­րի nn կոնցենտրացիան մի քա­նի կարգով գերազանցում է ոչ հիմ­­նա­կան լիցքակիր մասնիկ­նե­րի`խոռոչնե­­րի np կոնցեն­տրա­ցիան (nn >> np): Ընդ որում, հիմնական լիցքակիրների կոնցենտրացիան p-ում մի քանի կար­գով գերազանցում է հիմ­նա­կան լիցքակիր­նե­րի կոնցենտ­րացիան n-ում (pp>>nn): Հպման մակերե­սի եր­կու կողմերում առկա է էլեկտրոնների և խոռոչնե­րի կոնցեն­տ­րա­­ցիա­ների խիստ տարբե­րու­թյուն, որի պատճա­ռով առաջա­նում է վեր­ջիններիս դիֆուզիան մի կիսահա­ղորդիչից մյու­սը: Խո­ռոչ­նե­րը անց­նում են p կիսահա­ղորդի­չի հպ­ման մա­կե­­րե­սին կից միջակայ­քից n կիսահաղորդիչ, վերա­միա­վոր­վում են n–ում էլեկտրոն­նե­րի­րի հետ:   p-ում առաջանում են խո­ռոչ­ներով չփոխ­հատուցված ան­շարժ բացասական իոն­ներ: Էլեկտ­րոն­­նե­րն անց­նում են n կի­սա­հա­­ղոր­­­­դ­­չի հպման մակերեսին կից միջակայքից p կիսահա­ղորդիչ, վե­րա­­միա­վորվում են p –ում խո­ռոչների հետ: n -ում առա­­­­ջա­­­նում են էլեկտ­րոն­նե­­րով չփոխ­հա­տուցված անշարժ դրական իոն­ներ: Հպման մա­կե­րե­սով անցնում են էլեկտրոնների և խոռոչ­նե­րի տեղաշարժով պայ­մանավոր­ված (Ip)դ և (In)դ դիֆուզիոն հո­սանք­­նե­րը:

Դիֆուզիոն լրիվ հոսան­քը կլինի Ipդ + Inդ: Հիմնա­կան լիցքա­կիր­նե­րի դիֆուզիայի պատ­­­ճա­­­ռով p և n կիսա­հա­ղոր­­դիչ­­­նե­րում կատարվում է լիցքա­կիր­ների վերաբաշ­խում: Հպման մա­կե­­րե­սի երկու կողմերում հիմ­­նա­­կան լից­­քակիր­ների քանակը նվազում է: p կիսահաղորդիչում  հպման մա­­կերեսի միջակայքում առաջանում են մեծ թվով ան­շարժ բա­ցա­սա­­կան իոն­ներ, իսկ n կիսահաղորդիչում` անշարժ դրական իոն­ներ: Հպման մա­կե­րեսի երկու կողմերում ձևավորվում են անշարժ դրա­­­­կան և  բացա­սա­կան իոն­նե­րից բաղ­կացած, հիմ­նա­կան լից­­­քա­կիրներով աղքա­տաց­ված տիրույթ­ներ, որոնք համա­տեղ կազ­մում են էլեկ­տ­­րո­նա-խոռո­չային p–n անցում: p–n անցու­մում դրա­կան և բացա­սա­կան  իոնների q քա­նակը որոշվում են eNա և eNդ մեծու­թյուն­ներով, որ­տեղ Nդ-ն և Nա-ն p և n կիսա­հա­ղոր­­­դիչ­նե­րում դոնոր­նե­րի և ակ­ցեպ­­տորների կոն­ցեն­տ­րա­ցիա­ներն են:

p – n անցումը կիսահաղոդիչային միջակայքը բաժանում է երկու մա­սի: Դրանցից մեկը, որում հիմնական լիցքակիրների կոն­ցեն­տ­րա­ցիան առավելագույն է, կոչվում է էմիտեր (դիտարկ­ված դեպ­քում p մի­ջա­­կայքը), իսկ մյուսը` բազա (դիտարկ­ված դեպ­­քում n միջակայքը): Այդ անշարժ լիցքակիրները ստեղծում են էլեկտ­րական դաշտ, որն ար­գե­լում է հիմնական լիցքա­կիր­ների հե­տա­գա տե­ղա­շարժը, և ընդ­հա­կա­ռակը, նպաստում է ոչ  հիմնական լից­քա­կիրների դրեյ­ֆին` խոռոչ­նե­րի տեղաշարժին n-ից p և էլեկ­տրոն­ների տեղաշարժին` p-ից n: p–n ան­ցու­մով, բացի դիֆուզյոն հոսանքից, հոսում է նաև դրեյֆային հոսանք Iդր=Ipդր+Inդր` պայ­մա­նա­վոր­ված ոչ հիմնական լիցքակի­րնե­րի տեղա­շար­ժով:

p – n ան­ցու­մում առաջանում է պոտենցիալային անկում φ0, որը կոչվում է պոտենցիալային պատնեշ կամ կոնտակտային պոտեն­ցիալ­նե­րի տարբերություն: Պոտենցիա­լային պատնեշի մեծու­թյունը, սևեռ­ված ջերմաստիճանի դեպ­քում, որոշվում է p–n անց­ման տիրույ­թում նույնանուն լիցքակիր­ների կոնցենտրա­ցիա­ների հարաբերությամբ: Պոտեն­ցիալային պատնեշը T = 300°K ջեր­մաստի­ճա­նում գերմանիումային p – n անցումում հավասար է 0,3…0,4 Վ , իսկ սիլիցիումային անցումում` 0,7…0,8 Վ: 

Այպիսով արտաքին էլեկտրական դաշտերի բացակայության դեպ­քում p – n անցումն օժտված է φ0 պոտենցիալային պատնե­շով և d0 հաս­տու­թյամբ: Անցումով դիֆուզիոն և դրեյֆային հո­սանք­ները իրար փոխ­հատուցում են, և հոսանքը անցումով բացա­կայում է:

p – n անցման ուղղիչային հատկությունը: Դիտարկենք p – n ան­ցու­­մում տեղի ունեցող երևույթները, երբ անցմանը  միացվում է արտա­քին լարման աղբյուր: Ենթադ­րենք` լարման աղբյուրը միացված է p – ին դրա­կան, իսկ n – ին` բա­ցասկան բևեռներով (նկ. 2.1,բ): Այդպիսի միաց­ման դեպքում լա­րու­մը անվանում են ուղիղ լարում (Uու): Լարման աղբյուրի ստեղծած էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ p և n կիսա­հա­ղոր­­­դիչներից հիմնական լից­քա­կիր­ները շարժվում են p–n անց­ման ուղղությամբ, լրացնում են անցումում դրանց պակասը: Անց­ման d0 հաս­տութունը և պոտեն­ցիա­լային պատնեշի φ0 ար­ժեքը փոք­րանում,  ընդու­նում են d1 և  φ1 = φ0–Uու մեծու­թյուն­ները: Արդյունքում անցումով դի‎­­ֆու­­զիոն հո­սան­քի բաղադրիչն աճում է: Խախտվում է անցումով դիֆու­զիոն ու դրեյֆային հո­սանքների դինամիկ հա­վա­սարա­կշ­ռու­թյունը, և   p – n ան­ցումով հո­սում է մեծ դիֆուզիոն (ուղիղ) հո­սանք: Ուղիղ լարման Uուφ0 արժեքի դեպքում պո­տեն­ցիա­լային պատնեշը վերանում է φ1= 0: Արդյունքում դիֆուզիոն հոսանքը  շատ մեծանում է, և եթե այն չսահ­մա­նա­փակ­վի, R ռեզիստորի միա­­ցումով, անցումը կայրվի:

Այժմ դիտարկենք p–n անցման աշխատանքը, երբ լարման աղ­բյու­րը բացասկան բևեռով միացված է p, իսկ դրական բևեռով` n կիսա­հա­ղոր­դիչներին: Այդպիսի միացման դեպքում լարումը կոչ­վում է հակա­ռակ լարում  (Uհ): Հակառակ լարման միացման դեպքում ար­տա­քին էլե­կ­տ­րական դաշտի ազդեցությամբ անց­մանը հարող կիսահաղորդիչների մասերից հիմնական լիցքա­կիր­ները վանվում են դեպի լարման աղբյուրի բևեռները: p – n անցումում մեծանում են իոնների քանակը, հե­տևա­բար անցման d0 հաս­տու­թյունը, և φ0 պոտենցիալային պատնեշը մեծանում ըն­դու­նում են d2 և φ2 = φ0 +Uհ արժեքները: Դիֆու­զիոն հո­սան­քը նվազում է, իսկ դրեյֆային հոսանքը մնում է համարյա անփո­փոխ: Հակառակ լար­ման Uհ >> φ0 արժեքների դեպքում դիֆու­զիոն հոսանքը լրիվ ընդհատվում է, և անցումով հոսում է դրեյ­ֆային փոքր հոսան­քը, որը անվանում են անցնան հակառակ ուղղությամբ հագեցման հոսանք:

Այպիսով կարող ենք եզրակացնել, որ p – n անցումը օժտված է միա­­­կողմանի էլեկտրահաղորդականությամբ: Ուղիղ լարման կի­րառման դեպքում անցման  էլեկտրահաղորդականությունը մեծ է, անցումը բաց է, և դրանով հոսում է մեծ հոսանք, իսկ հակառակ լարման դեպքում անցումը փակ է, հոսում է հա­կա­ռակ ուղղու­թյամբ հագեցման փոքր հոսանքը:

p – n անցման բնութագիծը և պարամետրերը: p – n անց­­մա­նը կի­րառ­ված լարման և դրանով հոսող հոսան­քի միջև առնչու­թյունը կոչվում է վոլտ-ամպերային բնութագիծ (ՎԱԲ):

Վոլտ–­ամ­պերային բնութագիծը նկարագրվում է հետևյալ հա­­­վա­­սարումով`

որտեղ I, I0, U, φT –ն` համապատասխանաբար անցումով հո­սան­­քը, հա­­­­կա­ռակ ուղղությամբ հա­գեցման հոսանքը, անցմանը կի­րառ­ված  լարու­մը  և  ջերմաստիճանային պոտենցիալներ են: Ջերմաստիճանային  պո­տեն­ցիալը որոշվում է φT = kT/q ար­տա­­հայ­տու­թյամբ, որտեղ k-ն Բոլցմանի հաստատունն է, T-ն` բա­ցար­ձակ ջերմաստիճանը, q - ն` էլեկտրոնի  լիցքը: T = 300° K  ջեր­մաս­տիճանում  φT = 0,026 Վ:

Ուղիղ լարման դեպքում, երբ U=Uու >> φT , (2.1) հավա­սար­ման մեջ   և անտեսելով 1-ով` կարող ենք ուղիղ ուղղու­թյամբ հոսանքի համար գրել`

Հակառակ լարման դեպքում, երբ U=Uհ< 0, ունենք  ևի անտեսելով փոքր մեծությամբ, հակառակ ուղղության հոսանքի համար կստանանք`

Հակառակ լար­ման Uհ=Uկ կտրման լարման արժեքի դեպ­քում p – n անցումում առաջա­նում է էլեկ­տ­րա­կան ծակում, որից հո­սան­քը շատ մեծա­նում է և եթե այն չսահմանափակվի, անցումը կայրվի: 

Նկ.2.2,ա –ում պատկերված է p – n անցման վոլտ-ամպե­րա­յին բնու­­­­­թագիծը` ստացված փորձնական ճանապարհով:

Շրջապատի ջերմաստիճանի բարձրացումից կիսահաղրդի­չում գեներացվում են լրացուցիչ էլեկտրոն - խոռոչ զույգեր: Լից­քա­կիր­ների քանակն ավելանում է, հետևաբար միևնույն լարման դեպքում հոսանքն անցումով մեծանում է :  

Հա­կա­ռակ ուղղությամբ հա­գեցման I0 հոսանքը շրջապատի ջեր­մաստիճանի փոփոխությունից փոփոխվում է  հետևյալ օրեն­քով`                                    

որտեղ  ∆2T- ն ջերմաստիճանի  փոփոխությունն է, որի  դեպքում  հա­­գեց­ման հոսանքը կրկնապատվում է: Գերմանիումային p – n անցում­նե­րում հագեցման հոսանքը կրնապատկվում է ջերմաս­տի­ճանի 70 C – ով փո­փոխման դեպքում, իսկ սիլիցիումային ան­ցումներում` 100 C – ով փոփոխման դեպքում: I0 –ի ջերմային փո­փո­խությունը բերում է անցու­մով I հոսանքի փոփոխման:

Բացի I0 – ի ջեր­մաս­տի­ճա­նային փո­փո­խությունից, p – n անցման ուղիղ հոսանքը կախված է նաև φT –ի փո­փո­խությունից:

Այդ կապը ավելի հարմար է գնահատել հաստատուն ուղիղ հո­սանքի դեպքում ուղիղ լարման ջեր­մաստիճանային փո­փո­խու­թյունով: Ուղիղ լարման ջեր­մաստիճանային փո­փո­խու­թյունը գնա­հատվում է լարման ջեր­մաստիճանային գործակցով (ԼՋԳ, ТКН ), որը ցույց է տա­լիս ուղիղ լարման հարաբերական փո­փո­խության մեծությունը ջերմաստիճանի 10K փոփոխության դեպ­քում (ԼՋԳ = ∆U/U∆T): Լարման ջերմաստաճանային գործա­կիցը գերմա­նիումային կիսահաղորդիչների դեպքում ունի – (1,2...3) մՎ/աստ., իսկ սիլիցիումային կիսահաղորդիչ­ների համար – (1,2...2) մՎ/աստ. մեծություն:

p – n անցման կարևոր պարամետրերից է անցման դիֆերեն­ցիալ (ներքին) դիմադրությունը փոքր մեծության փոփոխական ազդա­նշա­նի դեպքում: Այն գնահատվում է հետևյալ արտահայ­տությամբ` Ri = dU/dI:

Որոշենք p – n անցման դիֆերեն­ցիալ դիմադրությունը ուղիղ և հակառակ լարման միացման դեպքերում:

(2.1) հավասրումից կարող ենք գրել`   

Վերջին արտահայտությունից կստանանք`

Ուղիղ լարման դեպքում I >>I0 և Ri = 26 մՎ / I: I =1 մԱ դեպ­քում Ri = =26մՎ / 1մԱ = 26 Օմ: Հակառակ լարման դեպքում I = I0 = 1մկԱ և Ri = =26մՎ / 1մկԱ= 26000 Օմ:

Բերված թվային օրինակից երևում է, որ հա­կա­ռակ լար­ման դեպ­քում անցման դիֆերենցիալ դիմադրությունը 3 կարգով գե­րա­զանցում է ուղիղ լարման դեպքում անցման դիֆերենցիալ դի­մադրությունը:

p – n անցման մյուս պարամետրերից է անցման ունակու­թյունը: Անցմանը լարում կիրառելիս լիցքակիրների քա­նակը փո­փոխվում է: Նման երևույթ տեղի ունի կոնդենսատորում: Երբ կոն­դենսատորին կի­րառ­վում է հաստատուն լարում, թիթեղների վրա կուտակվում են տարա­նուն լիցքեր, որոնց քանակը փոփոխվում է լարման փոփոխու­թյունից: Հետևաբար p–n անցումը օժտված է  որոշակի ունակությամբ: Ուղիղ լար­­ման դեպքում անցումում լից­քերի քանակի փոփոխությունը պայ­մա­նավորված է դիֆու­զիոն հոսանքով, իսկ հակառակ լարման դեպքում` դրեյ­ֆային հոսան­քով: Համապատասխանաբար,  ունակու­թյուն­ներն էլ կոչ­վում են դի­ֆու­զիոն (Cդի), կամ դրեյֆային (Cդր): p – n անցման լրիվ ունա­կությունը գնահատվում է դի­ֆու­զիոն և դրեյֆային ունա­կու­թյուն­ների գումարով (C=Cդի + Cդր): Այդ ունակության արժեքը պայմանա­վոր­ված է անցման մակերեսով, կիսահաղորդ­չում դոնոր­ների կոնցենտրացիայով, պոտենցիալային պատնեշի մեծությամբ  և  ունի մի քանի պիկոֆարադ մեծություն: 

p-n անցումներն ըստ պատրաստման տեխնոլոգիայի բա­ժան­­­վում են երեք խմբերի` կետային, մակերեսային և դիֆուզիոն: Կետային ան­ցում ձևավորվում է ոչ մեծ չափի կիսահա­ղորդ­­չա­յին թիթեղի և մետա­ղյա զսպանակի սուր ծայրի հպման մակե­րե­սում (նկ.2.3,ա): Կիսահա­ղոր­­դ­չային Ge(n) թիթեղով և մե­տաղյա զսպա­նակով անց է կացվում իմպուլ­սային մեծ հոսանք (մի քանի ամպեր): Ար­դյունքում զսպանակի սուր ծայրը հալվելով` դիֆու­զիայի շնոր­հիվ անցնում է կիսահաղորդիչ և ձևա­վորում է Ge(p) կիսահաղորդիչ: Ge(n) և Ge(p)  կիսահաղոր­դի­չ­նե­րի միջև առա­­­ջա­­նում է p-n անցում, որի մակերեսը, հետևաբար և ունա­կու­թյունն շատ փոքր է: Փոքր ունակության պատ­ճառով կետային անցում­ները օգտա­գործ­վում են հարյուրավոր ՄՀերց հաճախություն­նե­րի տիրույ­­թում: Մակերեսային p-n անցումներում անցման մակե­րեսը զգալի չափով գերազանցում է անցման d0 հաստությունը: Այս անցում­նե­րը ձևա­վորվում են ձուլման եղանակով (նկ.2.3,բ): Կիսա­հաղորդչի Ge(n) թիթե­ղի վրա դրվում է ինդիումի հաբ: Դրանք տեղադրվում են վակուու­մային վառարանում և տաքաց­վում: 1550C-ից բարձր ջերմաստիճանում In-ը հալվում է և սկսում է լուծել կի­սա­հա­ղորդիչը: Միաժամանակ  տեղի է ունենում In - ի դիֆուզիա պինդ կիսահաղորդիչ: Սառեցումից հետո In-ի մեծ թվով ատոմ­ներ մնում են կիսահաղորդիչում, որի արդյունքում ստացվում է Ge(p): Ge(n) - ի և Ge(p)-ի միջև ձևավորվում է p-n անցում: In-ի այն  մասը, որը չի դիֆուզվել կիսահաղորդիչի միջակայք, սառեց­վե­լուց հետո պնդանում է և մնում որպես մետաղ:

Դիֆուզիոն եղանակով p-n անցման պատրաստման համար օգտա­գործվում է Ge(p) կիսահաղորդիչ և իբրև դոնոր`սուրմա (Sb) (նկ.2.3,գ): Դիֆուզիան իրականացվում է ջրածնային վառա­րա­նում: Վառա­րա­նում ջերմաստիճանը մեծացվում է` մինչև կիսահաղոր­դչի մոտենալը հալ­ման վիճակին: Սուրմայի գոլորշիները դիֆուզիա­յով անցնում են  Ge(p) - ի խորքը: Վերջի­նիս  արտաքին մա­կերեսին առաջանում է Ge(n)-ի բարակ շերտ: Ge(p)-ի և Ge(n)-ի միջև ձևավորվում է p-n անցում: Ge(n)-ի ներքին և կողային մասե­րը հեռացվում են:

Դիֆուզիոն եղանակը ապահովում է p-n անցումների բարձր վե­րար­­տադրություն և պարամետրերի միատեսակություն:

>>

 

2.2. Կիսահաղորդիչային դիոդներ

Կիսահաղորդչային դիոդը մեկ p–n անցում և երկու ելուս­տ­ներ ունե­ցող կիսահաղորդչային սարք է: Ըստ էության, կիսա­հա­ղոր­դչային դիոդը p-n անցում է, տեղադրված մետաղյա կամ մե­կուսչից պատ­րաստ­ված պատյանում: Պատյանը պաշպանում է  p-n  անցումը արտա­քին ազդեցություններից (ճնշում, խոնավու­թյուն, հարվածներ և այլն): Դա նշանակում է, որ p-n  անցման  աշխա­տանքի սկզբունքը, բնութագծերը և պարամետրերը լրիվ վերագրվում են դիոդին: Միայն պետք է հաշվի առնել, որ պատ­յա­նը  p-n ոնցման ունակությանը ավելացնում է պատյանի  Cպ սե­փական ունակություն­ը (Cդ = Cդի + Cդր +Cպ): Դիոդի ունակու­թյան ազդե­ցությունը հիմ­նա­կանում դրսևորվում է բարձր հա­ճա­խու­թյուն­ների է իմպուլսային ազդանշանների դեպքում:

Դիոդի փոխարինման սխեման ունի նկ.2.2,բ-ում բերված տեսքը: Սխեմայում Rա –ն   p-n անցման դիֆերենցիալ դիմադրու­թյունն է (Rա= =Ri), Cա - ն` ունակությունը,   Cպ - ն`պատյանի ունա­կու­­թյունը, Rբ - ն` բա­զայի դիմադրությունը:

Դիոդի հաճախական հատկությունները հիմնականում պայ­մանա­վորված են բազայի միջակայքում ոչ հիմնական լից­քա­կիրների կու­տակ­ման և արտածման գործընթացներից: Այդ պատ­ճա­ռով դիոդի արա­­գագործության մեծացումը պահանջում է հնա­րավորինս նվազեց­նել   ոչ հիմնական լիցքա­կիրների բազա­յում կուտա­կ­ման գործընթացը: Այդ  հարցը լուծվում է Շոտկիի ուղղիչ անցման կիրա­ռու­մով (Շոտկիի դիոդ): Շոտկիի ուղղիչ անցումը ձևավորվում է կի­սահաղորդիչի մետա­ղի հետ հպումից: Ընտրելով նյութերը` հնա­րավոր է ստա­նալ էլեկտրոն­ների և խոռոչ­ների համար պո­տեն­ցիալային պատ­նե­շի տարբեր մեծու­թյուններ: Արդյունքում ուղիղ լարման կիրառ­ման դեպքում հո­սան­քը անցումով պայմանավորված կլինի միայն հիմնական լից­քակիր­­ներով: Ոչ հիմ­նա­կան լիցքակիրները չեն կա­րող հաղ­թա­հարել մեծ պոտենցիա­լային պատ­­նեշը և անցնել մետաղից  կի­սա­հաղորդիչ: Օրինակ n կի­սա­հա­ղոր­դիչի և մետաղի հպումից հո­սան­քը ձևավորվում է միայն կիսա­հա­ղոր­դ­չից էլեկտ­րոն­նե­րի ան­ցումով մետաղ, իսկ խոռոչների շարժումը մետա­ղից - կիսա­հա­ղոր­դիչ բացակայում է:

Բացի վերոհիշյալից, Շոտկիի դիոդը տարբերվում է նաև բաց վիճա­կում անցման վրա փոքր լարման անկումով, (հետևաբար բաց վի­ճա­կում փոքր դիմադրությունով), ինչը պայմա­նա­վորված է հիմնական լից­քակիրների համար փոքր պո­տեն­ցիա­լային պատ­նեշի մեծու­թյամբ: Նշենք նաև, որ Շոտկիի դիոդի վոլտ-ամպե­րային բնութագիծը ուղիղ լար­­ման կիրառման դեպքում շատ մոտ է իդեալական անցման բնութագծին:    

Դիոդները շատ մեծ կիրառություն ունեն և կախված կիրառ­ման բնա­գավառից բաժանվում են հետևյալ խմբերի` ուղղիչային (ցածր հաճախական), բարձր հաճախական, գերբարձր հաճախա­կան, իմպուլ­սային, ստաբիլիտրոններ,  վարի­կապ­ներ, քառաշերտ փոխանջատիչ (դինիստոր) և ֆոտոդիոդներ:

Ուղղիչային դիոդները հիմնականում օգտագործվում են փո­փոխական լարումը հաստատուն լարման կերպափոխիչ­նե­րում (սնման լարման աղբյուրներում), որպես կիրառված լարումով կա­­ռավարվող էլեկտրոնային բանալիներ: Ուղիղ լարման կիրառման դեպքում դիոդը բաց է (բանալին միացված է), հակառակ լար­ման դեպքում` դիոդը փակ է (բանալին անջատված է): Երկու վիճակում էլ դիոդը իդեալական բանալի չէ, քանի որ դիմադրու­թյունը բաց վիճա­կում զրո չէ, իսկ փակ վիճակում`անսահման մեծ չէ: Ուղղիչային դիոդների հիմնական պարա­մետրերն են` Iու.մ.առ. - ուղիղ ուղղությամբ միջին հոսանքի առա­վե­լա­գույն արժեք, Uհ.առ. - թույլատրելի հակառակ հաստատուն լար­ման առա­­վելագույն արժեք, fառ. -մուտքային ազդանշանի հաճախու­թյան թույլատրելի առա­վելագույն արժեք, Uու. -ուղիղ հոսանքի տրված արժեքի դեպքում դիոդի վրա ուղղիղ լարման անկումը:

Ըստ հզորության մեծության ուղղիչային դիոդները բաժան­վում են` փոքր հզորության (Iու.մ.առ.≤0,3Ա), միջին հզորու­թ­յան (0,3Ա ≤ Iու.մ.առ. ≤10 Ա), մեծ հզորության (Iու.մ.առ. ≥10 Ա):

Ըստ հաճախության մեծության ուղղիչային դիոդները բա­ժան­­վում են` ցածր  հաճախականի  ( fառ. < 103 Հց )  և  բարձր  հա­ճախականի ( fառ. > 103 Հց ):

Բարձր հաճախության դիոդները կիրառվում են էլեկտրական ազդանշանների բազմազան կերպափոխումների նպատա­կով: Դրան­ցում օգտագործվում են կետային p-n անցումներ,  որոնք օժտված են շատ փոքր ունակությամբ և ապահովում են հար­յու­րա­վոր ՄՀց աշխա­տան­քային հաճախություններ: Բարձր հաճա­խու­թյան դիոդները աշխա­տում են համեմատաբար փոքր հոսան­ք­ներով (≤ 20մԱ) և լարումներով (≤100Վ):

Գերբարձր հաճախության դիոդները նախատեսված են գեր­բարձր հաճախական սխեմաներում օգտագործման նպա­տա­կով (տա­սնյակ և հարյուրավոր ԳՀց): Դրանք մեծ կիրառու­թյուն են գտել գեր­բարձր հա­ճախության էլեկտրամագնիսական տատանումների գենե­րաց­ման և ուժեղացման, հաճախություն­ների բազմապատկման, հան­ման և գումարման, մոդուլացման և այլ նպատակներով:    

Իմպուլսային դիոդները կիրառվում են իմպուլսային սարքե­րում, որտեղ ազդանշանի փոփոխման արագությունը շատ մեծ է (թռիչքային է): Այս դիոդները  առանձնանում են անցողիկ պրո­ցես­ների աննշան տևողությամբ: Անցողիկ պրոցեսների տևողու­թյունը պայմանավորված է դիոդի  դիֆուզիոն Cդի և դրեյֆային (պատ­նե­շային) Cդր ունակություն­նե­րի լիցքավորման և լիցքա­թափ­ման ժա­մանակ­նե­րով: Ի տարբե­րու­թյուն նախորդ դիոդների, իմպուլսային դիոդի կարևոր պարա­մետրը, բացի Iու.մ.առ., Uհ.առ., Uու. պարամետրերից նաև դիոդի հակա­ռակ ուղ­ղու­­թյամբ դիմադրության վերականգնման τվ ժա­մա­նակն է, որով որոշ­վում է դիոդի արագագործությունը:

Ստաբիլիտրոնները օգտագործվում են հաստատուն հոսան­քի շըղ­թա­­ներում` լարման կայունացման նպատակով: Իր կառուց­ված­քով ստա­­­բիլիտրոնը չի տարբերվում ուղղիչային դիոդից: Դիոդի վոլտ-ամ­պե­րային բնութագծից (նկ. 2ա) երևում է, որ ուղիղ լարման փոքր (Uհ ≤  1Վ) և հակա­ռակ լարման մեծ արժեքների  (Uու.≥ 3Վ) դեպքում դիոդով  հոսանքի զգալի փոփո­խու­թյուն­նե­րից, լարումը դրա վրա փոփոխվում է ան­ն­շան չա­փով: Դիոդով  հոսանքի նման արագ աճը պայմա­նա­վորված է լարման որոշ ար­ժեքի դեպքում p-n անցման թունե­լային կամ էլեկտ­րա­կան ծա­կումով: Ստաբիլիտրոն­նե­րում  վոլտ-ամպերային բնու­թագծի այդ հատկությունն օգ­տա­գործվում է լարման կայունաց­ման նպատա­կով: Հակառակ լարման դեպքում դիոդն  օգտա­գործվում է մեծ լա­րում­նե­րի կայունացման նպատակով և կոչվում է ստաբիլի­տ­րոն, իսկ ուղիղ լարման դեպքում` փոքր լարումների կայունաց­ման նպա­տակով և կոչ­վում է ստաբիստոր:  

Ստաբիլիտրոնի (ստաբիստորի) հիմնական պարամետրերն են` Uկ կայունացման լարումը` լարման անկումը ստաբիլիտրոնի վրա դրանով հոսող կայունացման հոսանքի դեպքում: Կայունաց­ման լարման մեծու­թյունը կախված է p-n անցման պատրաստ­ման հա­մար օգտագործված կիսահաղորդիչի տեսակից և պատ­րաստ­ման տեխնոլոգիայից, ինչպես նաև ընտրված աշխատան­քային կետից: Iկ կայունացման հոսանք` ստաբիլիտրոնով հոսող հոսան­քի մեծությունը կայունացման ռեժիմում (մեծ մասամբ տրվում են կայունացման նվազագույն և առավելագույն հոսանք­ները ), rդ դի­ֆերենցիալ դիմադրություն` ստաբիլիտրոնի դի­մա­դրու­­­թյունը  կայունացման   ռեժիմում  (rդ =∂Uկ / ∂Iկ), ԼՋԳ լար­ման ջեր­մաս­տի­ճա­նային գործակից: ԼՋԳ - ն (ТКН) գնահատվում է կայունաց­ման լարման հարաբերական փոփո­խու­թյան և ջերմաս­տիճանի  բա­ցար­ձակ փոփոխության հարաբե­րությամբ, արտա­հայտ­ված տո­կոս­ներով` ԼՋԳ = [(∂Uկ /Uկ) / ∂T] 100%  հաստատուն Iկ հոսանքի դեպ­­քում: ԼՋԳ - ն ստաբիլիտրոնին կիրառված հակա­ռակ լարման դեպ­­քում դրա­կան է, իսկ ուղիղ լարման դեպ­քում`բացասական: Ստա­­­բի­լիտրոնի այդ հատկությունը կիրառ­վում է կայունացման լար­ման ջերմային կայու­նաց­ման նպատակով: Միացնելով հա­ջոր­­դա­­բար երկու ստաբիլի­տրոն­ներ հա­կա­ռակ ուղղություննե­րով,  շրջա­պատի ջերմաստիճանի փոփո­խու­թյունից դրանց վրա լարումները կփոփոխվեն հակառակ նշանով, հետևաբար գումա­րային լարումը ստաբիլիտրոնների վրա կմնա անփո­փոխ: Երկ­բևեռ լարումների կայունացման նպատակով արտադր­վում են սիմետրիկ ստաբիլիտրոններ (նկ.2.5գ):

Վարիկապներում օգտագործվում է կիսահաղորդչային դիո­դի ու­նա­­­կության և դիոդին կիրառված լարման միջև առնչու­թյունը, որը նկարագրվում է հետևյալ արտահայտությամբ`

որտեղ C0-ն դիոդի ունակությունն է Uհ լարման բացակայության դեպ­­քում, Uհ -ն`դիոդին կիրառված հա­կառակ լարումը, Uկ -ն` կոն­տակ­տային լարումը, որը գերմա­նիու­միային դիոդների հա­մար հավասար է 0,4 Վ , սիլիցիումայինի համար` 0,8 Վ:

Փոխելով Uհ լարման մեծությունը 8-ից 10 անգամ, C ունա­կու­­թյունը կփոփոխվի 3-ից 4 անգամ:  

Թունելային դիոդներում  հոսանքը p-n անցումով պայմանա­վոր­ված է թունելային էֆեկտով: Թունելային դիոդները տարբեր­վում են p և n կիսահաղորդիչներում շատ փոքր տեսակարար դի­մադրություններով (խառնուրդների պարունակությունը 1021սմ-3 ) և անցման հաստու­թյամբ (0,01մկմ): Անցման այդպիսի փոքր հաս­­տության պատճառով նույնիսկ (0,6…0,7)Վ լարումների դեպ­քում դաշտի լարվածությունը (5…7)105 Վ/սմ է, և այդ փոքր անցու­մով անցում է շատ մեծ հոսանք: Այդ հոսանքը անցնում է` երկու ուղղությամբ: Ուղիղ լարման դեպքում մինչև U1 ար­ժեքը հոսանքը աճում է` ընդունելով առավելագույն Iառ. արժեքը: Այնու­հետև  այն արագ նվազում է և U2 լարման դեպքում հավասարվում է Iնվ. նվա­զա­գույն արժեքին: Հոսանքի նվազումը պայմանավորված է լարման մեծացման դեպքում թունելային անցումով էլեկտ­րոն­ների քանակի նվազումով: U2 լարման դեպքում այդպիսի էլեկտրոնների թիվը հավասրվում է զրոյի և հոսանքը ընդհատվում է: Լարման հետագա աճը հանգեցվում է հոսան­քի աճի: Դա պայմա­նա­վորված է էլեկտրոնների դիֆու­զիայով և կատարվում է սովորական դիոդի հոսանքի աճի սկզբունքով:

p-n անցման շատ փոքր հաստության պատճառով էլեկտրոն­ների անցման ժամանակը շատ փոքր է (10-13 …10-14)վ, և թունե­լա­­յին դիոդը զուրկ է իներցականությունից: Սովորական դիոդնե­րում էլեկտրոնները անցումով շարժվում են դիֆուզիայով, ինչը շատ դանդաղ է:  

Նկ. 2.4,ա -ում պատկերված է թունելային դիոդի վոլտ-ամպե­րա­յին բնութագիծը: Այն կարող է դիտարկվել բաղկացած երեք մասերից` հո­սանքի սկզբնական աճի միջակայք`  0-ից մինչև Iառ., հոսանքի անկ­ման միջակայք` Iառ.-ից մինչև Iնվ. և հոսանքի հե­տա­­­­գա աճի միջա­կայք: Հոսանքի անկման միջակայքում (U1-ից U2) լարումն աճում է, իսկ հո­սան­քը` նվազում: Դա նշանակում է, որ այդ միջակայքում թունելային դիոդն ունի բացասական դի­մադ­րու­թյուն: 

Թունելային դիոդները մեծ կիրառություն են գտել ԳՀց հա­ճա­խու­թյունների գեներատորներում:

Թունելային դիոդում խառնուրդների կոնցենտրացիայի ընտ­րումով պատրաստվում են դիոդներ, որոնց վոլտամպերային բնու­թա­գծում բա­ցա­սական դիմադրության միջակայքը բացա­կայում է: Այդպիսի դիոդ­նե­րը կոչվում են շրջված դիոդներ: Վերջիններիս վոլտամպ­երային բնու­­­թա­­գիծը դրական լարումնե­րի դեպքում չի տարբերվում սովորական դիո­դի բնութագծից:  

Շրջված դիոդները օգտագործվում են գերբարձր հաճախա­կա­ն տիրույթում փոքր լարումների ուղղման նպատակով: Դրանց կիրառման ժամանակ անհրաժեշտ է փոխել անոդի և կա­տոդի տեղերը, քանի որ փոխվում են ուղղման տիրույթները: Դա է պատճառը, որ այդ դիոդները կոչվում են շրջված:

Նկ.2.4, բ, գ, դ, է, ը, թ-ում պատկերված են ուղղիչային, ստա­­բիլիտ­րոնի, երկկողմ ստաբիլիտրոնի, վարիկապի, թունելային և շրջված դիոդ­ների պայմանական նշանները:

Ֆոտոդիոդները և ֆոտոտիրիստորները դիտարկվում են ֆո­տոէլեկ­տ­րոնային և քառաշերտ սարքերի բաժիններում:  

>>

 

2.3. Տրանզիստորներ

Տրանզիստորները կիսահաղորդիչային սարքեր են, որոնք կա­րող են օգտագործվել հզորության ուժեղացման նպատակով:

Տրանզիստորներն ըստ աշխատանքի սկզբունքի բաժան­վում են եր­կու խմբի` երկբևեռ և դաշտային տրանզիստորներ:  Վեր­­­ջին տարի­նե­րին լայն կիրառություն են ստացել մուտ­քում` դաշ­­տա­յին և ելքում` երկ­բևեռ կառուց­ված­քով տրան­­զիս­տորնե­րը: Երկբևեռ տրանզիստոր­նե­­րում հոսանքը ձևավորվում է երկու տեսակի լիցքակիրների` էլեկտրոնների և խոռոչների մասնակ­ցու­­թյամբ և կառավարվում է մուտքային հոսանքով:

Դաշտային տրանզիստորներում հոսանքը ձևավորվում է միայն մեկ տեսակի լիցքակիրներով` էլեկտրոններով կամ խոռոչ­ներով և կա­ռավարվում է մուտքային լարման ստեղծած էլեկտ­րական դաշտով: Դա է պատճառը, որ այս տրանզիստորները կոչվում են դաշտային, որոշ դեպքերում նաև միաբևեռ տրանզիս­տորներ:

Երկբևեռ տրանզիստորներն աշխատում են մեծ հոսանք­նե­րով և ապահովում են բեռի վրա մեծ հզորություն:

Դաշտային տրանզիստորներում մուտքային հոսանքը բա­ցա­­կայում է (փակ p-n անցումով հոսում է հակառակ ուղղության ջերմային հոսանքը, որով սովորաբար անտեսում են), հե­տևա­բար մուտքային ազ­դանշանի աղբյուրից հզորու­թյան ծախսը բացակայում է կամ ունի նվա­զագույն արժեք: Ելքային հոսանքը և բեռի վրա անջատված հզո­րու­թյու­նը համեմա­տա­բար փոքր է:

Մուտքում դաշտային, իսկ ելքում երկբևեռ կառուցվածքով տրան­զիտորները համատեղում են դաշտային և երկբևեռ տրան­զիստորների դրական հատկանիշները` մուտքային ազդանշանի աղբյուրից հզորու­թյան ծախսը բացակայում է և բեռի վրա ապահովում են մեծ հզո­րություն:

>>

 

2.3.1. Երկբևեռ տրանզիստորներ

Երկբևեռ տրանզիստորները երկու p-n անցումներով  և երեք ելուս­տ­ներով կիսահաղորդչային սարքեր են, որոնք ունեն հզորու­թյան ուժե­ղաց­ման հատկություն: Երկբևեռ տրանզիս­տոր­նե­րում  p - n անցում­ներն ունեն մեկ ընդհանուր տիրույթ` n կամ p, ըստ որի տարբերակում են  p-n–p, կամ n–p–n տրանզիստոր­ներ: Այդ p-n–p կամ n–p–n համակար­գերը պատրաստվում են մեկ կիսա­հաղորդչային բյուրեղում: p-n անցումները բյուրեղը բաժա­նում են երեք մասերի, ընդ որում միջին մասն ունի ծայ­րային մասերին հակառակ էլեկտրահաղորդականություն (նկ.2.5,ա) և կոչ­վում է բազա: Ծայրային մասերից մեկը կոչվում է էմիտեր, մյուսը` կոլեկ­տոր: Յու­րա­քան­չյուր մասից դուրս են բերվում մետաղյա ելուստ­ներ, որոնք համապատասխանաբար կոչվում են բազայի, էմիտերի և կոլեկտորի ելուստներ: Բազայի և էմիտերի միջև p-n անցումը կոչվում է էմիտերա­յին անցում (էա), իսկ բազայի և կոլեկտորի միջև անցումը` կո­լեկ­տո­րային անցում (կա):

 Նկ.2.5բ-ում պատկերված են p-n–p և n–p–n տրան­­զիս­տոր­ների պայ­մա­նական նշանակումները սխեմաներում:

Դիտարկենք տրանզիստորի աշխատանքը  p-n–p տրան­զիս­տորի օրինակով:

Արտաքին լարման աղբյուրների բացա­կա­յու­­թ­յան դեպքում էմի­տերային և կոլեկտորային անցումներով հո­սող դիֆուզիոն և դրեյֆային հոսանքները փոխհատուցված են, և տրան­­­զիս­­տո­րով հո­սանքները բա­ցակայում են: Այժմ ենթադրենք` տրան­զիս­տորի էմիտերա­յին անցմանը միացված է Uբէ ուղիղ լարումը, իսկ կո­լեկտորային անցմանը` Uկէ  հա­կա­ռակ լարումը (նկ.2.6): Էմի­տե­րա­յին անց­ման պոտենցիալային պատ­նեշը և հաստությունը փոք­­­­­րա­­նում են, իսկ  կոլեկ­տո­րային  անցմանը` մեծանում:  Էմիտերային  ան­­ցումով  դի‎‎‎‎‎‎‎‎‎ֆու­զիոն  հո­սան­քը մեծանում  է:

p-n-p տրանզիստո­րում  խո­ռոչ­­ները, անց­նե­լով էմի­տերից բազա, բա­զայում ոչ հիմնա­կան լից­քա­կիրներ են, և կոլեկտերային անցման պո­տեն­ցիալային պատ­նե­շը նպաս­­­տում է դրանց հետագա շարժմանը դեպի կոլեկ­տոր: Էլեկ­տ­րոն­ներն անցնում են բազայից դեպի էմիտեր, էլ ավելի են փոք­րացնում էմիտե­րային անցման պոտենցիալային­ պատնե ­­­­­շի մեծությունը և ար­դյուն­­քում դի­‎‎‎ֆու­զիոն հոսանքը  էլ ավելի է աճում  (n-p-n տրանզիստորների դեպ­­քում էլեկտրոններն են ան­ց­նում էմի­տերից բազա և այնուհետև կոլեկտոր, իսկ խո­ռոչ­նե­րը բազայից էմի­տեր): Էմիտերից կոլեկ­տոր առա­­­­ջա­նում է դի‎­­ֆուզիոն Iկ = αIէ կոլեկ­տո­րային հոսանքը: α=Iկ /Iէ  գոր­ծա­­կի­ցը կոչ­վում է տրան­զիս­­տորի  էմիտե­րից  կոլեկտո­րին  հոսան­քի  փո­խա­ն­­ց­­­ման գործակից: Միաժա­մա­նակ խո­ռոչ­ների մի մասը բա­զայի տիրույ­թում ռե­կոմ­բի­նաց­վում է լարման աղբյուրից ներմուծ­ված էլեկտրոններով և բազա-էմիտեր շղթայով հոսում է Iբ = (1- α)Iէ  հո­սան­քը, որը կոչվում է բազային հոսանք:                                   

Կոլեկտորային անցումով հոսում է նաև փակ անցման Iկ0 հո­սան­քը:   

Այսպիսով, հաստատված ռեժիմում տրանզիստորի ելուստ­նե­րով հոսում են հետևյալ հոսանքները`

Էմիտերային շղթայի ընդհատման դեպքում Iէ = 0 և բա­զա­յով հո­սում է Iբ = -  Iկ0 հոսանքը:

Տրանզիստորի աշխատանքը դիտարկված ռեժիմում կոչվում է ուժեղացման կամ ակտիվ ռեժիմ:

Տրանզիստորի էմիտե­րա­յին և կոլեկտորային անցումներին  հակա­ռակ լա­րում­ներ կիրառելիս,  երկու անցումներն էլ փակ­վում են և դրան­ցով հո­սում են հակառակ ուղղության հագեցման փոքր հոսանքները: Տրանզիստորն աշխատում է փակ ռեժիմում:

Տրանզիստորի էմիտե­րա­յին և կոլեկտորային անցումներին  ուղիղ լա­րում­ներ կիրառելիս,  երկու անցումներն էլ բացվում են: Դրանցով հո­սում են մեծ դիֆուզիոն հոսանքները: Տրանզիստորն աշխատում է հագեցման ռեժիմում:

Տրանզիստորի վերջին երկու աշխատանքային ռեժիմները կիրառ­վում են, երբ տրանզիստորը օգտագործվում որպես էլեկ­տ­­րոնային բանալի:

 Երկբևեռ տրանզիստորի միացման սխեմաները և  ստատիկ  բնութագծերը: Տրանզիստորը կարող է միացվել երեք տարբեր սխե­մա­­­նե­րով` ընդհանուր բազայով (ԸԲ), ընդհանուր էմիտերով (ԸԷ), ընդ­հանուր կոլեկտորով (ԸԿ): ԸԲ սխե­մա­­­­յում (նկ.2.7ա,դ) մուտքային ելուս­տը էմիտերն է, ելքայինը` կո­լեկ­տորը, ընդհանուր ելու­ս­­­տը` բազան: ԸԷ    սխե­մա­յում (նկ.2.7բ,ե) մուտ­քային ելուստը բազան է, ելքայինը` կո­լեկ­տորը, ընդհանուր ելուստը` էմի­տերը: ԸԿ սխեմա­յում (նկ.2.7գ,ը) մուտ­քային ելու­ս­­տը բազան է, ելքա­յինը` էմիտերը, ընդհանուր ելուստը` կոլեկ­տո­րը:

Տրանզիստորային սխեմաների հաշվարկի և ուսումնասիրու­թյան ժամանակ օգտագործվում են տրանզիստորի փորձնական ճանապար­հով ստացված միջինացված ստատիկ բնու­թագծերը:

Ստատիկ բնութագծերը երկուսն են` մուտքային և ելքային բնու­թա­գծերը: Մուտքային բնութագիծը  տրանզիտորի մուտքա­յին հոսանքի և մուտքա­յին լարման միջև առնչությունն է, հաս­տատուն ելքային լար­ման դեպքում: Ելքային բնութագիծը`  ել­քա­յին հոսանքի և ելքային լար­ման միջև առնչությունն է, հաս­տա­տուն մուտքային լարման (հոսան­քի) դեպ­քում: Ընդհանուր բա­զա­­յով սխեմայում մուտքային բնութա­գիծը մուտ­­քային Iէ  հո­սան­քի  և  Uէ  լարման միջև  առնչությունն է հաստա­տուն Uկ լարման դեպքում (նկ.2.8,ա): Uկ = 0 դեպքում  կոլեկտորային  անց­ման հաս­տությունը d0 է, պոտեն­ցիա­լա­յին պատ­նեշն ունի φ0 ար­ժեքը: Կոլեկ­տորային շղթան չի ազդում էմիտերային անցման վրա և վերջինս աշ­խա­­­­տում է դիոդային ռեժիմում: Մուտքային բնութա­գիծն ունի դիոդի վոլտ ամպերային բնութագծի տեսքը: Uկ լար­ման բացասական արժե­ք­ների դեպքում կոլեկտորային անց­ման հաստությունը մեծանում է, հե­տևաբար բազայի հաստու­թյունը փոքրանում է: Այդ երևույթը կոչվում է բազայի մոդու­լացում (Էռլիի էֆեկտ): Արդյունքում նվազում է բազայի միջակայ­քում ռեկոմբինացվող խոռոչների թիվը, հետևաբար միևնուն էմիտեր-բազա լարման դեպ­­քում էմիտերային հոսանքն աճում է: Uկ=-5Վ արժեքից հետո կոլեկտորային լարման մեծու­թյունը շատ թույլ է ազդում բազայի հաստության վրա, և մուտ­քային բնութա­գծերը միախառնվում են: Այդ  պատճառով  երկրորդ  բնութագիծը բերվում  է լար­ման  Uկ - 5Վ դեպ­քում:

Ընդհանուր բազայով սխեմայում տրանզիստորի: Ելքային բնու­­­­թա­գիծը ելքային Iկ հոսան­քի և Uկ լարման միջև կապն է հաս­տա­տուն Iէ հո­սան­քի դեպքում (նկ.2.8,բ): Iէ = 0 և Uկ < 0 դեպքում կո­լեկ­տո­րային շը­ղ­թայով հոսում է Iկ0 հակառակ հոսանքը, որը փոքր է և  կախ­ված չէ կո­լեկտորային լարումից: Iէ >0 և Uկ = 0 դեպ­­­քում կո­լեկ­տո­րային հո­­սան­քը համեմատական է էմիտերային հո­սանքին: Iէ > 0 և Uկ<0 դեպ­քում Iկ հոսանքը կոլեկտորային լա­րումից համարյա չի փո­փոխ­վում: Uկ >0 դրական փոքր լարում­նե­րի դեպքում  կոլեկտորային անց­մանը կիրառ­ված է ուղիղ լարում,  հետևաբար այն բացվում է: Սկսվում է խոռոչների տեղաշարժը կո­­լեկտորից բազա: Այժմ կոլեկ­տորային անցումով բացի էմիտերային անցումից կոլեկտոր շարժվող խոռոչներով պայ­մա­նա­վոր­ված հոսանքից, հոսում է նաև կոլեկտո­րային անցումից բազա խո­ռոչ­ների տեղաշարժով պայմանավորված հոսանքը:Uկ դրա­կան լար­­ման մի որոշ արժեքից այդ երկու հոսանքները իրար փոխ­հա­տուցում են, և հո­սանքը կոլեկտրային շղթայով ընդ­հատ­­վում է: Uկ < 0 լարման որո­շա­կի արժեքի դեպ­քում կոլեկտո­րա­­յին ան­ցու­մում առաջանում է էլեկտրական ծակում, և կոլեկտորային հոսան­քը շատ արագ մեծանում է (բնութա­գծում պատ­կերված է կետա­­գծերով):

Տրանզիստորի մուտքային և ելքային բնութագծերը ընդհա­նուր էմիտերով միացման դեպքում պատկերված են նկ.2.9 - ում: Մուտքային բնութագիծը Uկէ = 0 դեպքում կրկնում է դիոդի վոլտ-ամպերային բնու­թա­­­գծի տեսքը: Uբէ լարման բացարձակ արժե­քով աճի դեպքում բա­զային Iբ հոսանքը փոփոխվում է էքսպոնեն­տա­յին օրենքով: Uբէ -ի որոշ արժեքից սկսած` Iբ - ն փոփոխվում է գծա­­յին օրենքով, ինչը պայմանա­վորված է բազայի փոքր ծավա­լային դիմադ­րու­թյամբ: Uկէ –ի փոքր բա­ցա­սական արժեքների  դեպ­քում  բնութագիծը  տեղափոխվում  է  դեպի աջ և մի քանի Վոլտ լարու­մից դրանք միախառնվում են Uկէ = - 5Վ դեպ­քում բնութա­գծի հետ:

Ելքային բնութագծերը ընդհա­նուր էմիտերով միացման դեպ­­քում, ի տարբերություն  ընդհա­նուր բազայով միացմանը, ունեն ավելի մեծ թե­քություն: Դա պայմանավորված է բազայի հո­սան­քի փոխանցման գոր­ծակցի վրա Uկէ լար­ման զգալի ազդե­ցու­­թյու­նից: Ելքային բնութա­գծերի վրա կարելի է առանձնացնել երեք տի­րույթ­ներ, որոնք բնորոշում են տրանզիստորի տարբեր աշխա­տան­­քային ռեժիմներ` հագեցման 1, ակ­տիվ 2 և կտրման 3: Հա­գեց­ման ռեժիմում տրանզիստորը հագենում է: Բազայի հո­սանքի հաստատուն արժեքի դեպքում կոլեկտորային հո­սանքը Uկէ-ի փո­փո­խությունից արագ աճում և հագենում է: Ակտիվ ռե­ժի­­մը տրան­զիստորի նորմալ աշխատանքային ռեժիմն է, երբ կոլեկ­տո­րային լարման փոփոխության ազդեցությունը հոսանքի վրա շատ փոքր է: Կտրման ռեժիմում տրանզիստորը փակ է:  

Երկբևեռ տրանզիստորի փոխարինման սխեմաները:

Տրան­­զիստորային սխեմաների ուսումնասիրման և հաշ­վար­կ­մա­ն ժա­մա­նակ անհրաժեշտ է տրանզիստորը փոխարինել իր համարժեք (փո­խարինման) սխեմայով: Նկատի ունենալով որ, երկբևեռ տրան­զիս­տորը երկու իրար հանդիպա­կաց միացված p-n ան­ցում­ներից  բաղկա­ցած և փոխադարձաբար մեկը մյուսի վրա ազդող սարք է, այն կարելի է ներկայացնել նկ.2.10 – ում պատկերված համարժեք սխե­մայով: Այդ սխեման անվանում են նաև տրանզիստորի Էբերս - Մոլի ֆիզիկական մոդել:   

Էբերս-Մոլի մոդելը բացահայտում է տրանզիստորի երկու ան­­ցում­ների հավասարազորությունը: Վերջինս ցայտուն կերպով դրսևորվում է երկու անցումներին ուղիղ լարումներ կիրառելիս:

Այդ ռեժիմում յուրաքանչյուր p-n անցում միաժամանակ բա­զայի միջակայք ներմուծում է լիցքակիրներ և ընդունում է մյուս անցու­մից ներ­­մուծված լիցքակիրները: Սխեմայում բազա ներ­մուծ­­վող հոսանք­ներն են I1, I2, ընդունվածները` α2I1 և α1I2: Հոսանքների ընդունված բա­ղադրիչները սխեմայում պատկերված են հոսանքի գեներատոր­նե­րով:

Նկ.2.10–ից մուտքային Iէ և ելքային Iկ հոսանքների համար կարող ենք գրել`

Վերջին հավասարումները կոչվում են Էբերս-Մոլի հավասա­րում­ներ և տրանզիստորի մաթեմատիկական մո­դելն են: Այս մո­դե­լը ոչ գծային է և օգտագործվում է տրանզիստո­րով անցնող մեծ հոսանք­ների ու կի­րառ­ված մեծ լարումների դեպ­քում:

Բազմաթիվ էլեկտրոնային սարքերում ազդանշանը բաղկ­ա­ցած է լարման ու հոսանքի  համեմատաբար մեծ հաստատուն և ավելի փոքր` փոփոխական բաղադրիչներից: Այդ դեպքերում ազ­դանշանի հաս­տա­տուն և փոփոխական բաղադրիչները ուսում­նա­սիրվում են առանձին - առանձին: Հաստատուն բաղադ­րի­չն ուսումնասիրվում է Էբերս-Մոլի մոդելի կիրառումով, իսկ փո­փո­­խական բաղադրիչը` տրանզիստորի փոքր ազդանշանային փո­խա­րի­ն­ման սխեմայի օգնությամբ:  Փոքր ազդանշանային փոխարինման սխեմաներից լայն կի­րառու­թյուն է գտել T-աձև սխեման: Ընդհանուր բա­զայով միացման դեպքում տրանզիստորի T-աձև փոխարինման սխե­­ման կազմելու նպատա­կով տան­­զիս­տորի բազայի միջակայքում վերցնենք  Բ1 կետը (նկ.2.11,ա):

Էմիտերի ելուստի և Բ1 կետի միջև էմի­տերային անցումն է, որն օժ­տ­­ված է rէ դի‎‎ֆերենցիալ դի­մադրու­թյամբ և Cէ դիֆուզիոն ունակու­թյամբ, իսկ կոլեկ­տորի ելուս­տի և Բ1 կետի միջև կոլեկտո­րային ան­ցումը` rկ դի‎‎ֆե­րեն­ցիալ դիմադ­րու­թյամբ և Cկ դրեյ‎­­ֆային ունա­կությամբ: Բա­զայի ելուս­տի և Բ1 կետի միջև առկա է բազայի rբ ծավալային և դի‎­­ֆուզիոն դիմա­դ­­րու­թյունը: Հոսանքի փոխան­ցումը էմիտերից կոլեկ­տո­րին սխեմայում պատկեր­վում է αIէ հո­սանքի գեներատո­րով (նկ.2.11,բ): Էմի­տե­րային անցումը ակտիվ աշխատանքային ռեժիմում բաց է: Այդ պատ­­ճառով rէ դիմադրու­թյունը շատ փոքր է: Cէ ունակությունը պիկո­ֆարադ­ների կարգի մեծու­թյուն է, հետևաբար Cէ -ի 1/ωCէ դիմադ­րությունը շատ մեծ է rէ դիմադ­րությունից, և Cէ-ի ազդե­ցու­թյունը սխեմայի աշխատան­քի վրա կարող ենք անտեսել (սխեմայում այն պատկերված է կետա­գծե­րով և հետա­գայում կանտեսվի): Կոլեկտորային ան­ցումը փակ  է: rկ դի‎‎ֆե­րեն­ցիալ դիմադ­րու­թյունը շատ մեծ է: Cկ-ի 1/ ωCկ դիմադրու­թյու­նը նույն կարգի մեծություն է  rկ - ի համեմատ, ուստի Cկ - ով  փո­խա­րինման  սխե­մայում անտե­սել չենք կարող:

Տրանզիստորի փոխարինման սխեմաներն ընդհանուր էմի­տե­րով և ընդհանուր կոլեկտորով միացումների դեպքում` կստա­նանք ընդհա­նուր բազայով  միացման սխեմայում` տեղափոխելով  ելուստների  տե­ղե­րը (նկ.2.12գ,դ): Այդ սխեմաներում մուտքային հոսանքը Iբ բազային հո­սանքն է, հետևաբար, փոխարինման սխե­մայում հոսանքի գեներա­տորը կլինի βIբ, որտեղ β = Iկ / Iբ մե­ծու­թյունը կոչվում է ընդհանուր էմիտերով միացման սխեմայում բա­զային հոսանքի ուժեղացման գործակից: β գոր­ծակիցը ար­տա­­հայ­տենք α –ով:

Եթե հաշվի առնենք, որ α < 1, ապա կստանանք β >> 1: α – ն β - ի միջոցով կարտահատվի հետևյալ տեսքով`

Ընդհանուր էմիտերով և ընդհանուր կոլեկտորով միացման դեպ­քում փոխարինման սխեմաներում փոփոխվում են Cկ-ն` Cկէ -ով և rկ –ն`  rկէ - ով: Ընդ որում

Տրանզիստորը որպես ակտիվ քառաբևեռ: Փոքր սինու­սոի­դա­յին ազդանշանների դեպքում տրանզիս­տորը կարող է դիտար­կ­վել որպես ակտիվ գծային քառաբևեռ (նկ.2.13,ա): Տրան­զիս­տորի հատ­կա­նիշները որպես քառաբևեռ նկա­րագրելու համար մեծ մասամբ օգտա­գործումեն քառաբևեռի հա­վասարումները h պարամետրերի միջոցով:

Ընդունելով որպես անկախ փոփոխա­կաններ մուտքային հոսանքը և ելքային լարումը, իսկ որպես կախված` մուտքային լարումը և ել­քային հոսան­քը, քառա­բևե­ռի հավասարումները կընդունեն հետևյալ տեսքը`   

Քառաբևեռի մուտքում  պարապ  ընթացքի (I1 = 0)  և  ելքում  կարճ միաց­ման (U2 = 0)  դեպքերում կստանանք`

h11–ը և h21–ը կոչվում են տրանզիստորի մուտքային դիմադ­րու­թյուն և հոսան­քի ուժեղացման գործակից ելքում կարճ միաց­ման դեպքում, իսկ h12–ը և h22–ը` լարման հետադարձ կապի գոր­ծա­­կից և ելքային հաղորդականություն` մուտքում պարապ ընթացքի դեպքում:

Տրանզիստորի փոխարինման սխեման համաձայն (2.15) - ի կու­նե­նանք. 2.13 ,բ – ում բերված տեսքը:

Համեմատելով տրանզիստորի ֆիզիկական α, β և քառա­բևե­ռի h21 պարա­մետ­րերի հավասարումները ընդհանուր բազայով և ընդհանուր էմիտերով միացման դեպքերում` կստանանք

h21բ - ն և  h21է - ն կոչվում են տրանզիստորի ընդհանուր բազա­յով և ընդհանուր  էմիտերով  միաց­ման  դեպքերում  հոսանքի  ուժե­ղաց­ման գործակից:

>>

 

2.3.2.  Դաշտային տրանզիստորներ

Դաշտային տրանզիստորը կիսահաղորդիչային սարք է, ուր հո­սան­­­քը պայմանավորնած է հիմնական լից­­քա­կիր­ների դրեյ­ֆով և կա­ռա­­վարվում է էլեկտրական դաշտով: Դաշտային տրան­զիստորը կոչվում է նաև միաբևեռ տրանզիստոր, քանի որ դրա­նով հոսանքը պայ­մա­նա­վորված է միայն հիմնական լիցքա­կիրնե­րով` էլեկտրոններով կամ խո­ռոչ­ներով:

Դաշտային տրանզիստորները բաժանվում են երկու խմբի` p–n ան­ցումով կառավարումով և մեկուսացված փականով տրան­­­­զիս­տոր­ներ:

p–n անցումով կառավարումով դաշտային տրանզիստորներ:

p – n անցումով  կառավարումով  դաշտային  տրանզիստորների սկզբուն­­­քային սխեման բերված է նկ.2.14,ա-ում: Հոսքուղին էլեկ­տ­րո­նային n էլեկտրահաղորդականության կիսահաղորդիչ է, որի ար­տա­քին մասում ձևավորված է p կիսահաղորդիչային շերտ (տրան­­­­զիս­տո­րն ունի գլանային կառուցվածք):

Հոսքուղու և p շեր­­տի միջև առաջանում է p-n անցում: Հոսքուղուց դուրս են բեր­ված մետաղյա ելուստներ: Ելուստը, որով հոսքուղի են անց­նում լիցքակիր­ները  կոչվում է ակունք (Ա), իսկ ելուստը, որից դրանք դուրս են գա­լիս` ըմպիչ (Ը): p շերտից նույնպես դուրս է բերված ելուստ, որը կոչ­վում է փական (Փ): Արտաքին լա­րում­ների բացակայության դեպ­քում p-n անցումը և հոսքուղին ունեն որո­շակի ծավալ­ներ: Հոսքուղին օժտված է որոշակի էլեկտրա­հա­ղոր­դա­կանու­թ­յամբ:

Հոսքուղին կարող է ունենալ նաև p հաղորդականություն: Այդ դեպ­քում  արտաքին  շերտն  ունի n  հաղորդականություն: 

Նկ.2.14, բ,գ -ում պատ­կեր­ված են n և p հոսքուղիով դաշտային տրան­զիս­տոր­նե­րի պայ­մանական նշանակումները:

Տրանզիստորի ակունք - ըմպիչ և ակունք - փական ելուստ­­ների միջև միացվում են Uըա և Uփա լարման աղբյուր­ները:    

Նկ.2.15,ա-ում լարում կիրառ­ված է միայն ակունք և փական ելու­ստ­­­նե­րի  մի­ջև  (Uփա < 0, Uըա = 0): Այդ դեպ­­քում Uփա լարման փոփո­խու­­թյու­նը բե­­րում է հոս­քուղու ամ­բողջ  երկարությամբ p - n անցման, հե­տևա­­­­բար`  հոսքուղու կտրված­քի հավա­սա­­րաչափ փոփոխու­թյան, սա­­կայն հոս­քուղիով հոսան­քը բացա­կայում է, քանի որ       Uըա = 0 (հոս­­­քու­ղին Uփա = 0 դեպքում պատ­­կեր­­ված է կետագծերով):

Նկ.2.15,բ-ում պատ­կեր­­ված է հոս­քուղու կտրված­­քի փոփո­խու­թյու­նը միայն Uըա լարման  (Uփա = 0, Uըա >0) ազ­դե­ցությունից: Հոս­քուղով հոսում է Iը հոսանքը, որն առաջացնում է ըմպիչի ուղ­ղությամբ աճող լարման անկում: Քանի որ ակունք - ըմպիչ միջա­­կայքում լարումը Uըա  է, հոսքուղու եր­կա­րու­թյամբ տար­­բեր կետերում պոտենցիալները տարբեր են և աճում են հոս­քուղու ուղղությամբ 0-ից մինչև Uըա: p միջակայքի կետե­րի պո­տենցիալները ակունքի նկատմամբ որոշ­վում են փականի պոտենցիալով և տվյալ դեպքում հավասար են զրոյի: Այդ պատ­ճառով p-n անցմանը կիրառված հակառակ լա­րումը ակունքից ըմպիչ ուղղությամբ աճում է:  Արդյունքում  ըմպիչի  ուղղությամբ p-n անցումը լայնանում է, իսկ հոսքուղու կտրվածքը` փոք­րանում: Uըա լարման մեծացումը բե­րում է հոս­քու­ղում լարման անկման ավելի մեծացման և կտրվածքի ավելի փոքրացման: Uըա լարման որոշակի արժեքից p-n անցման սահ­ման­ները հատվում են և հոսքուղու դի­մադ­րությունը կտրուկ աճում է: Հոսքուղով Iը հոսանքն ընդհատվում է:

Նկ.2.15,գ-ում պատկերված է հոս­քուղու կտրվածքի փոփո­խու­թյու­նը Uփա և Uըա լարումերի համատեղ ազդեցության դեպ­քում: Հոս­քուղին պատկերված է p-n անցման սահմանների հատ­ման դեպքում, երբ հոսքուղիով հոսանքն ընդհատվում է:

Մեծ մասամբ Uըա լարումը հաստատուն է, և Iը հոսանքը կա­ռա­վար­­վում է Uփա - ի փոփոխումով: Այդ դեպքում Uփա=0 դեպ­քում հոս­քուղին ունի որո­շակի էլեկտրահաղորդակա­նու­թյուն, և հոս­քուղով հո­սում է Iը0 սկզբնական հոսանքը (նկ.2.15ա): Uփա<0  լա­րումների դեպ­քում, երբ փա­­­կանին կիրառվում է ակունքի նկատ­մամբ բացասկան պոտենցիալ, p-n անցման հաստությունը մեծա­նում է, հետևաբար հոս­քուղու հատույթը փոքրանում է: Փոք­րա­նում են հոսքուղու էլեկ­տրա­հա­ղոր­դակա­նու­թյունը և  դրանով հո­սող ըմպի­չային հոսանքը: Uփա -ի մի որոշ արժեքի դեպքում p-n անցման սահմանները հատվում են, և  ըմպի­չային հոսան­քն ընդ­հատվում է: Uփա-ի ար­ժեքը, որի դեպքում ըմ­պի­չային հո­սանքն ընդհատ­վում է, կոչ­վում է կտրման լարում (Uկտր.):                           

Uփա >0-ի դեպքում p-n անցումը աշխատում է ուղիղ լա­րու­մով, և ան­ցման հաստությունը փոքրանում է: Արդյունքում հոս­քուղու հատույ­թը` և ըմպիչային հոսանքը մեծանում են: p-n անց­ման դիմադրու­թյունը, հետևաբար և տրան­զիստորի մուտ­­քային դիմադրու­թյունը փոքրանում են: Վերանում է դաշտային տրանզիստորի հիմնա­կան դրական հատ­կա­նիշը` մեծ մուտ­քա­յին դիմադրությունը: Այդ պատ­ճառով այս տրանզիստոր­ները կա­ռավարվում են միայն բա­­ցասկան լարում­ով: 

Նույն սկզբունքով աշխատում է p հոսքուղով տրանզիստորը: Այս տրանզիստորներում հիմնական լիցքակիրը խոռոչներն են: Ըմպիչին ակունքի նկատմամբ կիրառվում է բացասական  իսկ փականին` դրա­կան  պոտենցիալ (Uըա < 0, Uփա > 0):

p-n անցումով կառավարվող տրանզիստորների բնութա­գծե­րը: p - n անցումով կառավարվող տրանզիստորների բնութա­գծե­րը երկուսն են` փոխանցման բնութագիծ և ելքային բնու­թագիծ (մուտ­քային բնութագիծը կիրառական նշանակություն չունի, այդ պատճառով չի դիտարկվում):

 Փոխանցման բնութագիծը ըմպի­չային հոսանքի առնչութ­յունն է փական-ակունք լարումից հաս­տատուն ըմպիչ - ակունք լարման դեպ­քում: n հոսքուղիով տրանզիստորների փոխանց­ման բնութագծերը բեր­ված են նկ.2.16,ա-ում:

Ելքային բնութագիծը ըմպիչային հոսանքի և ըմպիչ-ակունք լար­ման միջև առնչությունն է հաստատուն փական - ակունք լար­ման դեպ­քում: n հոսքուղով տրանզիստորի  ելքային բնութա­գծե­րի ընտանիքը պատկերված է նկ.2.16,բ-ում: Բնութագծերի սկըզ­բ­­նա­­մա­սում Uփա լար­ման փոփոխությունից թեքությունը փոփոխ­վում է (երկբևեռ տրան­զիս­տորի դեպքում այն մնում է հաստա­տուն):

p-n անցումով կառավարվող տրանզիստորի փոխա­րին­ման սխե­­ման ընդհանուր ակունքով միացման դեպքում բերված է նկ.2.17–ում: Փական ակունք և փական ըմ­պիչ ելուստների միջև p-n անցումներ են, որոնք ունեն Rփա, Rփը դիֆերենցիալ դիմադ­րու­թ­յուն­ները և Cփա, Cփը  ունակությունները: Հոսքուղով հոսանքի փո­խան­ցումը ըմպիչին ցույց է տրվում sUփա հոսանքի գեներա­տո­րով, որտեղ s – ը` փոխանց­ման բնու­­թագծի թեքութ­յունն է:  ri – ն հոսքուղու դիմադրությունն է, Cըա -ն` ըմ­պիչ և ակունք ելուստ­նե­րի միջև ունակությունն է:

Փոխարին­ման սխեման ընդհանուր ըմպիչով միացման դեպ­քում ստացվում է ըմպիչի և ակունքի ելուստների տեղափոխու­մով:

Մեկուսացված փականով դաշտային տրանզիստորներ:

Մեկուսացված փականով դաշտային տրանզիստոր­նե­րում,  ի տար­բերություն p-n անցումով կառավարվող դաշտային տրան­զիստորների, մետաղյա փականի և կիսահաղորդիչային հոս­քուղու միջև կա մեկուսիչ շերտ, որի է պատճառով, դրանք կոչվում են մետաղ-մեկուսիչ-կիսա­հա­ղորդիչ (ՄՄԿ, МДП) տրան­զիստորներ: Որոշ տրանզիստորներում մե­­կուսիչ շերտը սիլի­ցիումի երկօք­սիդ է: Դրանք կոչվում են  մետաղ-օքսիդ-կիսա­հա­ղորդիչ ՄՕԿ (МОП) տրանզիստորներ: Արտադրվում են  երկու տե­սակ մեկուսացված հոսքուղով դաշտային տրանզիստորներ` ներստեղծված հոս­քու­­ղով և ինդուկտված հոսքուղով: Ներ­ստեղծ­ված հոս­քուղով տրանզիստորի պատրաստման ընթաց­քում ակունքի և ըմպի­չի միջև ստեղծված է n կամ p հաղոր­դա­կա­նու­­թ­յան հոսքուղի: Ինդուկտված հոսքու­ղով տրանզիստոր­ներում պատրաստման ժամա­նակ հոս­քուղին բացակայում է, և այն ինդուկտվում է փական-ակունք ելուստ­ների միջև որոշակի բևեռականության լարման կիրառման դեպքում:

Ներստեղծված n հոսքուղով տրանզիստորի սկզբունքային կա­ռուց­վածքը բերված է նկ.2.18,ա-ում: Տրանզիստորի ակունքը և ըմ­պիչը խառնուրդներով հարուստ n+ էլեկտրահաղորդակա­նու­թյան կիսահա­ղորդիչ­ներ են պատրաստված խոռոչային p կիսահաղորդչային թիթե­­ղում, որը կոչվում է տակդիր: Ակունքի և ըմպիչի միջև ստեղծված է n հոսքուղին, որը օժտված է էլեկտրոնային էլեկտրահա­ղոր­դա­կանու­թյամբ: Տրանզիստորի փականի և  ակունքի միջև լարման բացա­կայու­թյան (Uփա=0), և ընպիչի ու ակուն­­քի միջև Uըա լարման առկայության դեպքում հոսքուղով հոսում է տրան­­զիստորի սկզբնական Iը0 հոսանքը (նկ.2.18,ա): Uփա ≠ 0, Uըա ≠ 0 դեպ­քում, երբ փականին ակունքի նկատ­մաբ կիրառվում է բա­ցասկան պոտեն­ցիալ, Uփա լարման էլեկտրական դաշտի ազդեցու­թյան տակ հոս­­քուղուց էլեկտրոնները վանվում են դե­պի տակ­դիր: Էլեկտրոն­նե­րի քանակը հոսքուղում նվազում է, հետևա­բար փոքրանում է հոսքուղու ծավալը      (նկ.2.19,բ-ում պատկերված է կետա­գծերով), և դրանով հոսող հոսանքի մեծու­թյունը:     Uփա -ի որոշա­կիարժե­քի դեպ­քում (Uփակ) հոս­քու­ղին լրիվ վերանում է, և ըմպի­չա­յին հոսան­քն ընդհատվում է:

Փակա­նին դրական պոտենցիալի կի­րառ­ման դեպքում էլեկ­տ­րա­կան դաշտի ուղղությունը փոխվում է: Այժմ էլեկտրոնները տակ­դիրից ձգվում են դեպի հոսքուղի: Հոսքուղում էլեկտ­րոն­նե­­րի քանակն աճում է, հետևաբար աճում է նաև ըմպի­չային հոսանքը:

Ինդուկտված n հոսքուղով տրնզիստորի սկզբունքային սխե­­ման պատկերված է նկ.2.20,ա-ում: Այն տարբերվում է ներստեղ­ծ­ված հոս­քու­ղով տրանզիստորից միայն նրանով, որ պատրաստման ժա­մա­նակ ակունքի և ըմպիչի միջև հոսքուղի չի ստեղծվում:

Նկ.2.20,բ-ում բերված են n և p հոսքուղով տրանզիստորների պայ­մանա­կան նշանակումները և լարումների միացման սխեմա­ները:

Uփա = 0, Uըա ≠ 0 դեպքում տրանզիստորում հոսքուղին բա­ցա­կայում է, հետևա­բար ըմպիչային հոսանքը  նույնպես բա­ցա­կա­յում է:

Uփա ≠ 0, Uըա ≠ 0 դեպքում, երբ փականին ակունքի նկատ­­­­մաբ կիրառվում է դրական պոտենցիալ, Uփա լարման էլեկ­տ­­­րա­կան դաշտի ազդե­ցու­թյան տակ տակդիրի վերին շերտից խո­­ռոչ­ները  վանվում  են  դեպի  խորքը,  իսկ  Էլեկտրոնները ­ձգվում են դեպի վերին շերտը: 

Uփա լարման մի որո­շակի արժե­քից այդ շեր­տում Էլեկտրոնների քա­նակը այնքան է մեծանում, որ ակունքի և ըմպիչի միջև առա­ջանում է էլեկտրո­նային հոսքուղի   (նկ.2.20,ա-ում այն պատկերված է կետա­գծե­րով), որով հոսում է ըմպիչային հոսանք: Այդ հոսքու­ղին կոչվում է ինդուկտված հոս­քուղի: Uփա լարումը, որից առաջա­նում է հոսքուղին կոչվում է շեմային լարում (Uփաշ): Երբ ակունքի նկատմամբ փականին կիրառ­վում է բացասական պո­տենցիալ, էլեկտրա­կան դաշտի ազդեցու­թյան տակ տակդիրի վերին շերտից Էլեկտրոնները վան­վում են դեպի խորքը, իսկ խո­ռոչ­ները ձգվում են դեպի վերին շերտը: Ակունքի և ըմպիչի միջև n հոսքուղի չի առա­ջա­նում, և ըմպիչային հոսանքը բացակայում է:

p ներստեղծված և ինդուկտված հոսքուղիներով տրան­զիս­տոր­նե­րի հոսքուղիներում հիմնա­կան լից­քակիրները խո­ռոչ­ներն են, ուստի դրանց նորմալ աշխա­տան­քը ապահովվում է Uփա և Uըա լա­րումների n հոսքուղու նկատմամբ հակառակ բևեռականություն­­նե­րով միաց­ման դեպ­քում (նկ.2.21, ա,բ):

 >>

 

2.3.3. Մեկուսացված փականով երկբևեռ տրանզիստորներ

Մեկուսացված փականով երկբևեռ տրանզիստորը (ՄՓԵՏ) մուտ­­քա­յին դաշտային և ելքային երկբևեռ տրանզիստո­րներով զու­­գոր­դ­ված կիսահաղորդիչային սարք է: ՄՓԵՏ բազմաթիվ տրան­­­­­զիս­­տոր­­նե­րից առա­­վել մեծ կիրառություն են գտել IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) սարքերը, որոնք օժտված են դաշ­տային տրանզիստոր­նե­րի և երկբևեռ տրանզիստորների դրա­կան հատ­կանիշներով` մեծ մուտքային դիմադ­րությամբ և մեծ ելքա­յին հզորությամբ:   

Մեկուսացված փականով ուղղաձիգ հոսքուղով դաշտային տրան­զիստորների պատրաստման ժամանակ ձևավորվում է նաև երկ­բևեռ տրանզիստոր: Այդ տրանզիստորների կառուցվածքային սխե­­ման պատ­­կերված է նկ.2.22,ա–ում:  Այն բաղկացած է VT1 մեկու­սացված փակա­նով դաշտային և T1 երկբևեռ տրանզիս­տոր­ներից: R1-ը VT1-ի հոս­քուղու հաջորդական դիմադրու­թյունն է, R2-ը` T1-ի բազա-էմիտեր շղթային շունտող դի­մադ­րու­թյունը: Վեր­ջինիս շնորհիվ T1-ը փակ է և VT1-ի աշխա­տան­քի վրա էա­կան ազդեցություն չի գործում: Տրան­զիստորի ելքա­յին բնու­թագծերը բերված է նկ.2.22, բ-ում: Դրանք բնո­րոշ­վում են s  թե­քու­­թ­յամբ և R1 դիմադրությամբ:

Մեկուսացված փականով ուղղաձիգ հոսքուղով դաշտային տրան­­զիստորների բնութագծի թեքությունը փոքր է: Բնութագծի թեքու­թյունը մեծացված է IGBT տրանզիստորում, որտեղ դի­տարկ­ված   տրանզիս­տորի կառուց­ված­քում ավելացված է ևս մեկ p-n ան­ցում (նկ.2.23,ա): Արդյունքում ձևավորվում է լրացուցիչ T2 (p-n-p) տրանզիստորը: T1 և T2 տրան­զիստորներով գործում է ներ­քին դրա­կան հետադարձ կապ բազա-կոլեկտոր շղթաներով: T2-ի կոլեկտորային Iկ2 հո­սանքն ազդում է T1-ի բազային հոսան­քի վրա, իսկ T1-ի կոլեկ­տորային Iկ1 հոսանքը` T2-ի բա­զա­ին հո­սան­­քի վրա: Ընդունելով, որ T1-ի և T2-ի էմիտերային հո­սանքների փո­խան­ց­ման գործակիցներն են α1 և α2,  կարող ենք գրել`                                             

Վերջին հավասարումից պարզ ձևափոխումներով ըմպիչային հո­սանքի համար կստանանք`                     

Հաշվի առնելով, որ Iը = sUփա = sUփէ  կստանանք` 

որտեղ Տէ = Տ / (1- α1 - α2) = Տ / [1- (α1 + α2)] – ը  IGBT տրանզիստորի  համարժեք թեքությունն է: α12 = 1 դեպքում  Տէ >>Տ, իսկ դա նշանա­կում է, որ IGBT տրան­զիստորի թեքությունը զգալիորեն գերազանցում է  մեկու­սացված փականով ուղղաձիգ հոսքուղով դաշտային տրան­զիս­­տորի թե­քությունը: α1 և α2 մեծությունները կարգավորվում են R1 և R2 դի­մադ­րությունների ընտրումով, տրանզիստորների պատ­րաս­տ­ման ժա­մա­նակ:

Բացի մեծ թեքությունից, IGBT տրանզիս­տորը, ի տարբերութ­յուն մե­կու­­սացված փականով ուղղաձիգ հոսքուղով դաշտային տրանզիս­տորի, բաց վիճակում օժտված է ավելի փոքր դիմադ­րու­թյամբ, հե­տևաբար` վերջինիս վրա ավելի փոքր լարման անկումով: Դա բացա­տր­վում է նրա­նով, որ R2 –ը շունտվում է  T1, T2 տրանզիս­տոր­նե­րի բաց հա­գեց­­ված վիճակի փոքր դիմադ­րու­թյուն­ներով:

Նկ.2.23,բ-ում բերված է IGBT տրանզիստորի ելքային բնու­թա­­գիծը իսկ գ-ում` պայմանական նշա­նակումը: 

IGBT տրանզիստորները մի փոքր զիջում են դաշտային տրան­զիստորներին արագագործությամբ, բայց զգալի չափով գերա­զան­ցում են երկբեռ տրանզիստորներին: Մեծ մասամբ IGBT տրան­­­զիս­տոր­ների միացման և անջատման ժամանակը չի գերազանցում 0,5….1,0 մկվ արժեքը:

>>

 

2.4.Տիրիստորներ

Տիրիստորները երկու կայուն վիճակներով օժտված և երեք կամ ավելի p-n անցումներ պարունակող կիսահաղորդչային սար­­­­­­­­քեր են, որոնք օգտագործվում են որպես ոչ հպակային էլեկ­տ­րո­նային բա­նա­լի­ներ: Կայուն վիճակներից մեկում տիրիստորի էլեկտրա­հա­ղորդա­կա­նու­թյունը փոքր է (տիրիստորը փակ է), իսկ երկրորդ կայուն վիճակում` մեծ  (տիրիստորը բաց է): Տիրիս­տորի փակ վիճակից բաց վիճակին փոխանջատումը իրա­կա­նացվում է ար­տաքին ազդանշանով ` լարումով (հո­սանքով) կամ լույսով (Ֆո­տո­­տիրիս­տորներ): Տարբերում են դիո­դային (չկառա­վար­վող) և տրիո­­դա­յին (կառավարվող) տիրիստորներ: Դիո­դային տիրիս­տո­րը անվանում են դի­նիս­­տոր, իսկ տրիոդայինը` տրինիս­տոր: Դինիստորի փակ վիճակից բաց վիճակին անցումը (միացումը) տեղի է ունենում անոդի և կատոդի միջև կիրառված լար­ման որո­շակի արժեքից, որը կոչվում է միացման լարում, իսկ բաց վի­ճա­կից փակ վիճակին անցումը` (անջատումը) անոդ-կատոդ լարման բևե­ռակա­նու­թյան փոփոխմամբ: Տրինիստոր­նե­րում մի վիճակից մյու­սին անցում իրականացվում է երրորդ` կառավարող ելուստի (ԿԵ) միջոցով: Կառա­վարող ելուստի միջոցով կարող է իրականացվել տրինիս­տո­րի միայն բացում կամ էլ` բացում և փակում: Համապատասխանաբար տրինիս­տոր­ներն էլ կոչվում են չփակվող և փակվող տրինիստորներ: Չփակվող տրինիստորներում բացումը իրականացվում է կառա­վա­րող ելուստին կատոդի նկատմամբ դրական իմպուլսի կիրառու­մով, իսկ փակումը, ինչպես և դինիստորում` անոդ-կատոդ լար­­ման բևեռականու­թյան փո­փո­խումով: Փակվող տրինիստոր­նե­րում բացումը կատարվում է կառա­վարող ելուստին կատոդի նկատմամբ դրական, իսկ փակումը` բացա­սական իմպուլսի կիրառումով:

Ֆոտոտրինիստոր­նե­րում բացումը իրականացվում է լուսա­յին իմ­պուլսի կիրառումով:

Թվարկված տիրիստորները օժտված են միակողմանի էլեկտրահաղորդականությամբ: Երկկողմանի էլեկտրահա­ղոր­դա­կա­նությամբ  օժ­տ­ված են սիմետրիկ տիրիստորները (սիմիստոր­նե­րը), որոնք իրա­կանաց­նում  են երկու իրար զուգահեռ և հան­դի­պա­կաց միաց­ված միա­կող­մանի էլեկտրահա­ղոր­դա­կանությամբ տրինիստոր­նե­րի գոր­ծա­ռույթը:

Դինիստորի կառուցվածքային սխեման բերված է նկ.2.24,ա-ում: Դինիստորը քառաշերտ p1-n1-p2-n2 կառուցվածքով և երկու ելուս­տ­­նե­րով սարք է: Ելուստներից մեկը կոչվում է անոդ (Ա), մյու­սը` կատոդ (Կ): Անոդի և կատոդի միջև միացվում են  Rբ բեռը և E լա­րու­մը` ուղիղ (անո­դին դրական, կատոդին բացասական) կամ հա­կա­ռակ (անոդին բացա­սական, կատոդին դրական) բևեռա­կա­նու­­­թ­յամբ: Դինիստորը բաղկա­ցած է երեք p-n անցում­նե­րից` p1-n1, n1-p2, p2-n2: Այն կարող է դի­տար­­կ­վել որպես երկու տրանզիստորներից` T1 (p1-n1-p2) և T2 (n1-p2-n2) բաղ­կացած սարք, որոնք ունեն ընդհանուր n1-p2 անցում (նկ.2.24, բ,գ):

Դինիստորին ուղիղ լարման կիրառման դեպքում T1,T2 տրան­զիս­տոր­­ների p1-n1 և p2-n2 անցումներին կիրառված են ուղիղ լա­րում­ներ, անցումները  բաց  են  և    էմիտերային  անցում­ներ են: n1 - p2 անցմանը էմիտերային անցումներով կի­րառ­վում է հակա­ռակ լարում,  այն փակ է և ծառայում  է  երկու տրան­զիստոր­նե­­րի համար որպես ընդ­հանուր կո­լեկ­­տորային ան­ցում:

Տրան­զիս­տոր­ներն աշխատում են ուժեղացման ռեժիմում: Կոլեկ­տո­րա­յին անցումով հո­սում են երկու հոսանքներ` T1 տրանզիս­տո­րի Iկ1= α1Iէ1 + I1կ0 և T2 - ի Iկ2 = α2Iէ2 + I2կ0 կոլեկտո­րային հո­սանք­ները, որտեղ α1, α2 -ը  T1-ի և T2-ի էմիտերային հոսանքները կոլեկտորին փոխանցման գործակիցներն են, իսկ I1կ0, I2կ0-ն տրանզիստոր­նե­րի կոլեկտորային հակառակ ուղղության դրեյ­ֆային հոսանքներն են: T1-ի կոլեկտորային Iկ1 հոսանքը հան­դիսանում է T2-ի բազա­յին Iբ2 հոսանքը, իսկ T2-ի կոլեկ­տորային  Iկ2 հոսանքը` T1-ի բազային Iբ1 հոսանքը: Նշա­նա­կում է T1, T2 տրանզիստորների բազա - կոլեկ­տոր շղթա­ներով ստեղծ­­ված է դրական հետադարձ կապ, որի շնոր­հիվ կոլեկտորային հոսանքի ցանկացած փոփոխություն բե­րում է այդ հոսանքի հեղեղաձև փոփոխության:

Դինիս­տորի n1 - p2 անցումով հո­սող հո­սան­քը կլինի`

որտեղ Iկ0= I1կ0 + I2կ0:

Հաշվի առնելով, որ դինիստորի բոլոր հարթություններով հո­սում է      I=Iէ1=Iէ2=Iա=Iկատ.   նույն հոսանքը, վերջին հավասարումից կստա­­նանք`

α1, αգոր­ծա­կիցները դինիստորով հոսող հոսանքի մեծու­թ­յու­նից կախ­ված փոփոխվում են (նկ.2.25,ա) որոշակի առնչու­թյուն­ներով (դա ապահովվում է դինիստորի պատրաստման ժա­մա­նակ):

 Դինիստորի վոլտ-ամպերային բնութագիծը բերված է նկ.2.25,բ-ում: Անոդային Uա դրական լարման փոքր արժեքների դեպքում T1,T2 տրանզիստորների էմիտերային անցումները դեռևս փակ են (α12) ≈ 0, և համաձայն  (2.19)  հա­վա­սար­ման` դինիստորով հո­սում է Iա = Iկ0 փոքր հոսանքը(0 - բ միջակայք): Uա լար­ման մե­ծացումից էմիտերային անցում­ներն սկսում են բացվել: Դինիս­տո­րով հոսանքը մեծա­նում է, որի արդյուն­քում  մեծանում է αգոր­­ծակիցը: Դա բերում է T2-ի կոլեկ­տո­րային,  T1-ի բա­զային հո­սանք­ների (Iկ22Iէ2=Iբ1) և αգործակցի աճի: Iբ1-ի մեծացումից մե­ծա­նում է նաև  Iկ11Iէ1=Iբ2 հոսանքը, որը իր հերթին էլ ավելի է մե­ծաց­նում Iկ2 =Iբ1 հոսանքը (բ-գ միջակայք): Uա=Uմ լարման դեպքում  α1գործակիցները, և արդյունքում Iկ2, Iկ1 հոսանքները արագ աճում են: Այդ պահից (α12) ≈ 1, և ինչպես երևում է ( 2.19) հա­վա­սար­ումից,   Դինիստորով հոսանքը հե­ղե­ղաձև աճում է: Նման արագ աճը պայ­մանավորված է նրանով, որ  Uա լարման մե­ծա­­ցումից էլ ավելի են բացվում  T1, T2-ի էմի­տե­րա­յին անցումները: p1-ից p2 հոսող խո­ռոչ­ների և n2-ից n1 հոսող էլեկտրոնների քա­նա­կը աճում է: Ար­դյուն­քում փոքրանում է կո­լեկ­տորային անցման պոտեն­ցիալային պատ­նեշը, և հոսանքը աճում է: Լարումը ­կոլեկտորային անցման վրա նվազում է (գ-դ մի­ջակայք): Խոռոչների քանակի աճը  p2-ում և էլեկտրոնների քա­­­­նա­կի աճը n1-ում  էլ ավելի են բացում էմիտե­րային անցում­ները: Կոլեկ­տորային հոսանքը ավելի է մեծանում: Հետադարձ կա­պի շնորհիվ  նկարագրված պրոցես­ները շարունակվում են այն­քան ժամա­նակ, մինչև որ կոլեկ­տո­րային անցման վրա լար­ման բևեռակա­նությունը փոխվում է ուղիղ լարման, և այն բաց­վում է: Այդ պահից դի­նիստորի երեք p - n անցումները բաց են և հագեցված: Դինիս­տորը միացված է: Անոդ - կատոդ դիմադրու­թ­յունը շատ փոքր է, և դրանով հոսող հոսանքը շատ մեծ (դ - ե միջա­կայք):

Դինիստորի անոդի և կատոդի միջև լա­րումը որոշվում է երեք ան­ցում­­­նե­րի վրա գումարային լարման անկումով`

Կոլեկտորային  անցման  փակ  վիճակում,  երբ  Uա < Uփ,  ունենք U(n1 - p2) > 0: Uա≥Uփ  լար­ման դեպքում, երբ կոլեկտորային ան­ցու­մը բացվում է, U(n1 - p2) < 0: Արդյունքում դինիստորով հոսանքը մեծա­նում է, իսկ լարման անկումը դինիստորի վրա փոքրանում է (բա­ցասկան դիմադրության միջակայք):

Դինիստորով հոսող հոսանքի մեծությունը բաց վիճակում սահ­մա­նափակ­վում է արտաքին Rբ դիմադ­րությամբ: Uա=Uփ լա­­րումը, որի դեպքում դինիստորը փոխանջատվում է փակ վի­ճա­­կից բաց վի­ճակի, կոչվում է դինիստորի միացման լարում (գ կետը նկ.2.25, բ-ում): Rբ-ի ընտրումով ապահովվում է դինիս­տորի աշ­խա­­տանքային կետը վոլտ-ամպերային բնու­թա­գծի վրա: Նկ.2.25,ա-ից) համաձայն ԿիրխհոՖի երկ­րորդ օրենքի ու­նենք` E = Uա + IաRբ: Այդ հավասարման լուծումը որոշ­վում է դի­նիստորի վոլտամպերային բնութագծի և բեռնավորման գծի հատ­­ման կե­տով: Բեռնավորման գիծ կոչվում է Iա = (E-Uա) /Rբ գիծը, որը կա­ռուցվում է Uա = 0, Iա = E /Rբ և Iա = 0, Uա = E կետերով: Դի­նի­ս­տո­րի աշխատանքային կետը կլինի գ1 կետը նկ.2.25,բ-ում: Երբ Uա լարումը հավասարվում է Uփ փոխանջատման լարմանը, դինիս­տո­րի աշ­խատանքային կետը  թռիչքաձև անցնում է գ կետից գ1 - ին: Uա լար­ման  նվազեցման դեպ­քում դ  կետից դինիստորը թռիչքով անցնում է բ -ին:

Դինիստորին E լարման միացման բևեռականու­թ­յու­­նը փո­խե­­լու դեպ­­­քում p1 - n1 և p2 - n2 ան­ցումներին կիրառվում են հակառակ լարում­ներ, դրանք փակվում են: n1 - p2 անցմանը կիրառվում է ուղիղ լարում, այն  բաց է, ունի փոքր դիմադրություն: Uա լարումը բաշխվում է, հիմնա­կանում, փակ անցումների վրա: Դինիստորը նախագծելիս n2-p2 անց­ման հաստությունը վերցվում է շատ փոքր: Այդ դեպքում n2-p2 անցման ծակման լարումը շատ փոքր է և Uա լարման փոքր արժեք­ներից ծակ­վում է: Արդյունքում  Uա-ն լրիվ կիրառվում p1-n1 անցմանը, և դինիս­տո­րի բնութագծի հա­կառակ ճյուղը, կրկնում է  հակառակ լարում կիրառ­ման դեպքում, p1-n1 անցման բնու­թա­գծի տեսքը (նկ.2.25, բ):

Դինիստորի վոլտ-ամպերային բնութագծում ուղիղ ճուղում (նկ. 2.25,բ) դիտարկվում են երեք միջակայքեր: (0-գ)  միջակայ­քում դինիս­տորով հոսանքը փոքր է անոդային մեծ լարման դեպքում: Այն փակ է (անջատված վիճակ), գտնվում է առաջին կայուն վիճակում: (դ - ե) - ն  երկրորդ կայուն վիճակն է, երբ դինիստորը բաց է (դինիստորը միաց­ված է), դրանով հոսում է  մեծ հոսանք, իսկ լարումը դրա վրա փոքր է: (գ - դ) - ն անկայուն վիճակ է (բացասական դիմադ­րու­թյան միջակայք), երբ դինիս­տորը փակ վիճակից անցնում է բաց վիճակի:

Դինիստորի հոսանքի կառավարումը կատարվում է միայն արտա­քին լարման աղբյուրի արժեքի և միացման բևե­ռա­կա­նու­թյան փոփո­խումով:  

Դինիստորի հիմնական ստատիկ պարամետրերն են

1) Uփ -ն փոխանջատման (միացման) լարում` փակ դինիս­տո­րին կի­րառ­ված ուղիղ լարման առավելագույն արժեքն է, որի գերա­զան­ցումը բերում է դինիստորի բացմանը:

2) Iպահ. -ն պահման հոսանք` ուղիղ հոսանքի նվազագույն ար­ժե­քը, որից փոքրի դեպքում դինիստորն սկսում է փակվել:

Դինիստորի պայմանական նշանակումը էլեկտրական սխե­մա­նե­րում բերված է նկ.2.25,գ-ում: Տեղեկատվական աղյուսակ­նե­րում դի­նիս­տորների մակնիշը սկս­վում է КН (կամ 2Н) տառերով, օրինակ КН102А (2Н102А):

Տրինիստորը նույնպես քառաշերտ կիսահաղորդչային սարք է (նկ. 2.26,ա), որը անոդից և կատոդից բացի, ունի կառա­վար­ման ելուստ: Կա­ռավար­ման ելուստը դուրս է բերվում կատոդային շղթայի p2-n2 անցման p2 միջակայքից (կատոդային կառավարումով տրինիստոր), կամ p1-n1 անցման n1 միջակայքից (անոդային կառավարումով տրինիստոր):

Կատոդային կառավարումով տրինիստորում Կե կառավար­ման ելուստի և կատոդի միջև կիրառվում է Uկառ. դրական լա­րումը: Uկառ =0 դեպքում, Iկառ =0, և տրինիստորն աշ­խատում է դի­նիստորի ռեժիմում: Փոխանջատման լարումը  Uփ0  է:

Uկառ.> 0 դեպքում T2 տրանզիստորի n2-p2 էմիտերային անցումը ավելի է բացվում: Դրանով հոսող Էմիտե­րային հոսանքը փոփոխ­վում է Iէ2 = Iա + Iկառ.  առնչությամբ: n1 - pանցու­մով  հոսող  կոլեկ­տո­րային  Iկ2  = α2Iէ2 հոսանքն աճում է:

Այժմ n1 - p2 անցումով հո­սող հո­սան­քը կլինի`

Վերջին առնչությունից կստանանք`

(2.20) հավասարումից եզրակացնում ենք, որ Iկառ. հոսանքը նպաս­տում է տրինիստորով հոսող անոդային հոսանքի ավելի կտրուկ աճին և,  ի տարբերություն դինիստորի, կարող է կառա­վար­վել ոչ միայն (α1+ +α2)  մեծության փոփոխումով, ինչը իրա­կա­նացվում է անոդային լար­ման փոփոխումով, այլ նաև Iկառ. հո­սան­քի միջոցով: Iա հոսանքի կտրուկ փոփոխությունը պայմա­նա­վորված է ոչ միայն Iա-ի հավասար­ման մեջ համարիչում  α2Iկառ. բա­ղա­դ­րիչի առկայությամբ, այլ նաև Iկառ. հոսանքի շնոր­հիվ Iէ2-ի մեծա­ցու­­մից α2-ի մեծացումով: Կառավարման ելուստը ապահո­վում է տրինիստորի փոխանջատումը ավեի փոքր անոդ - կատոդ լա­րում­ների դեպքում:

Նկ.2.26,բ-ում պատկերված են կատոդային կառավարումով տրի­նիստորի վոլտամպերային բնութագծերը կառավարող Uկառ. լարման (Iկառ. հոսանքների) տարբեր արժեքների դեպքում: Uկառ.=Uկառ1. ար­ժե­­քի դեպ­քում (Iկառ.=Iկառ.1) փոխանջատումը տեղի է ունենում Uա=Uփ1<<Uփ0 լարման դեպքում: Uկառ.2>Uկառ.1 լարման (Iկառ.=Iկառ.2>Iկառ.1) դեպ­քում` Uա =Uփ2<Uփ1 և այլն: Կառավարող լարման (հոսանքի) մեծա­­ցու­մից տրինիստորի փակման լարումը փոք­րա­նում է: Uկառ. լարման մի որո­շակի արժեքի դեպքում (Iկառ.ուղղ.) բնութագծի վրա փակ վիճակը բնու­թագրող տեղամասը վերա­նում է, և բնութագիծը նմանվում է սովո­րական p-n անցման բնութագծի ուղիղ ճյուղին: Հոսանքը, որի դեպքում բնութագծի վրա փակ վիճակը բնութա­գ­րող տեղամասը վերա­նում է, կոչվում է կառավարման ուղղման հոսանք: Տրինիստորի անոդ-կատոդ ելուստների միջև հակառակ   լար­­ման միաց­­ման դեպքում n1-p1, n2-p2 անցումներին կիրառվում են հակառակ լարումներ, իսկ n1-p2 անցմանը` ուղիղ լարում: n1-p2 անցումը բաց է, և դրա վրա լարման անկումը փոքր է: Կիրառված լարումը հիմնականում բաշխվում է n1-p1 և n2-p2 փակ անցուների վրա: Սովորաբար n2-p2 անց­ման հաստությունը պատրաստվում է շատ փոքր, և դրանում շատ փոքր հակառակ լարումից առա­ջա­նում է էլեկտրական ծակում: Արդյունքում կիրառված հակառակ լարումը գրեթե ամբողջությամբ կիրառվում է n1-p1 անցմանը: Այդ պատճառով տրինիստորի վոլտամպերային բնութա­գիծը n1-p1 անցման բնութագծի հակառակ ճուղն է: Տրի­նիս­­տո­րի հակա­ռակ լարման առավելագույն արժեքը որոշվում է n1-p1 անց­ման հակա­ռակ լարման առավելագույն արժեքով:

Տրինիստորներում փոխանջումը, որպես կանոն, իրականաց­վում է կառավարման ելուստին փակող իմպուլսի կիրառումով: Անոդից թո­ղար­­կումը դիտարկվում է միայն տրինիստորի աշխա­տանքի սկզբուն­քի ուսումնասիրման նպատակով:

Բաց և փակ վիճակներում տրինիստորի վրա լարումը և դրա­նով հո­սող հոսանքը որոշվում են, ինչպես և դինիստորի դեպ­քում, տրինիս­տորի վոլտ-ամպերային բնութագիծի և բեռնավորման գծի հատման կետերում (նկ.2.26,բ.): Օրինակ E < Uփ0 և Iկառ.=Iկառ.1  դեպ­քում բնու­թագծի 0 - գ տիրույթում տրինիստորը փակ է (Uա <Uփ1): գ կետում Uա= =Uփ1, և տրինիստորը բացվում է, աշխա­տան­­քային կետը տե­ղափոխ­վում է գ1 կետը: գ և գ1 կետերին հա­մապատասխանող լա­րումները և հո­սանք­ները կբնորոշեն տրինիստորի աշխատանքային պարամետրերը փակ և բաց վիճա­կ­նե­րում:

Անոդային կառավարումով տրի­­նիս­տորում կառավարող լա­րումը դուրս է բերվում n1 միջակայքից: Տրի­­նիս­տորի բացումը  իրականաց­վում է կառավարման ելուստին կատոդի նկատմամբ  բացասական պո­տեն­ցիալի կիրառումով, իսկ փակունը` դրական իմպուլսների կիրառու­մով: Նկ.2.26,գ,դ-ում պատկերված են տրինիստորի նշանակումները կատո­դային և անոդային կառա­վար­ման դեպքերում համապատասխանաբար:

Տրինիստորների ստատիկ պարամետրերն են բացի  Uփ. փոխան­ջատ­­­ման լարումից և Iպահ. պահման հոսանքից, որոնք նաև դինիստոր­ների պարամետրեր են, Iկառ. հոսանքը` կառավարման շըղ­թայի նվա­զա­գույն հոսանքը, որի դեպքում տրինիստորը հուսալի բաց է, և  Uկառ. լարումը` կառավարման շղթային կիրառված նվազագույն լա­րումը, որի դեպքում տիրիս­տորը հուսալի բացվում է:

Տրինիստորի (դինիստորի) դինամիկ պարամետրերը բնորո­շում են փակ վիճակից բաց վիճակին անցման ժամանա­կա­հատ­վածը (միաց­ման ժամանակ tմիաց.) և բաց վիճակից փակ վիճակին անցման ժամա­նա­կա­հատ­վածը (անջատման ժամանակ tանջ.): Այդ պարամետրերը որո­շում են տիրիստորների հաճախակա­ն հատկություննեերը (արա­գա­գոր­ծությունը):

Տեղեկատվական աղյուսակներում տրինիստորների մակնիշնե­րը սկսվում են КУ (2У) -ով, օրինակ КУ202Б (2У202Б) :                       

Արտադրվում է նաև սիմետրիկ տիրիստորներ, որոնց վոլտ-ամպե­րային բնութագիծը սիմետրիկ է I և III քառորդներում (նկ.2.27,ա): Դրանք հինգ շերտից (չորս p-n անցումներից) բաղ­կա­ցած կիսահաղորդչային սարքեր են և կոչվում են սիմիս­տոր­ներ: Սիմիստորը օգտա­գործ­վում է փոփոխական հոսանքի շղթա­նե­րում կոմուտացիայի նպա­­­տա­կով: Սի­միս­տորի կառուց­վածքային սխեման, վոլտ-ամպե­րային բնութագիծը և նշանա­կու­մը սխեմա­ներում պատ­կերված է նկ.2.28,ա,բ,գ-ում համա­պա­տաս­խանաբար:

Կառավարող ելուստին դրական բևեռականության իմպուլս կի­րառ­ման դեպքում, կախված սիմիստորի անոդին կիրառված լար­ման բևե­ռա­կանությունից այն աշխատում է կամ վոլտ-ամպե­րա­յին բնու­թա­գծի ուղիղ ճուղում ( I քառորդում, ուղիղ լարման դեպքում), կամ հակա­ռակ ճուղում  (III քառորդում, հակառակ լարման դեպքում):

>>

 

2.5. Փոտոէլեկտրոնային սարքեր

Փոտոէլեկտրոնային կոչվում են սարքերը, որոնք օգտա­գործ­վում են լույսա­յին էներգիան էլեկտրական էներգիայի կեր­պափո­խման նպա­տա­կով: Ներկայումս լայն կիրառություն են գտել ներքին փո­տոէ‎­­ֆեկ­տով աշխա­տող  կիսա­հա­ղորդ­չային ֆոտոէլեկտրոնային սարքերը: Ներ­քին փոտոէֆեկտ կոչվում է լույսի ազդեցությամբ կիսահաղորդչում ազատ լիցքակիր մասնիկ­նե­րի կոնցենտրացիայի, հետևաբար` էլեկտրա­­հաղորդականության մե­­­ծաց­­­ման երևույթը: Այդ եղանակով ձևավոր­ված էլեկտրա­հա­ղոր­դա­կանությունը կոչվում է ֆոտոհաղոր­դակա­նու­թյուն: Ֆոտոհաղորդականությունը կախված է արտաքին լույսի ինտեն­սի­վու­թյու­նից և սպեկտրային բաղադրությունից:

Ֆոտոէլեկտրոնային կիսահաղորդչային սարքերից են ֆոտո­ռե­զիս­տոր­ները, ֆոտոդիոդները, ֆոտոտրանզիստորները, ֆոտո­տիրիստոր­նե­րը, ֆոտոսիմիստորները­:

Ֆոտոռեզիստոր: Ֆոտոռեզիստորը կիսահաղորդիչային սարք է, որի էլեկտրահաղորդականությունը փոփոխվում է արտա­քին լույսի աղ­բյու­­րի ինտենսիվությանից և սպեկ­տ­րա­լային  բաղադ­րու­­թ­յունից: Ֆոտո­ռե­զիս­տորի կառուցվածքը բեր­ված է նկ.2.29,ա-ում:

Այն բաղկացած է 1 մե­կու­սչից, որի վրա նստե­ց­ված է կիսա­հա­ղոր­դ­չա­յին 2 բարակ շերտը: Կիսահա­ղոր­դ­­չից դուրս են բերված մետաղյա 3 ելուս­տ­ները : Կիսահաղորդիչը արտաքինից պատված է լուսաթա­փան­ցիկ, ար­տա­քին գործոն­ներից պաշտպանիչ շերտով: Ֆոտոռեզիս­տորին միացվում են R բեռը և U լարման աղբյուրը (հաստա­տուն կամ փո­փո­խական): Լույսային Ф հոսքը ուղղվում է կիսահաղոր­դչային շերտին:

Լուսային հոսքի բացակայության դեպքում (Ф=0) կիսա­հա­ղորդ­չային շերտն ունի որոշակի սեփական էլեկտրահաղորդա­կա­նություն և ֆոտոռեզիստորով հոսում է շատ փոքր հոսանք, որը կոչվում է մթնային հո­սանք: Լուսա­յին հոսքի առկայու­թյան դեպքում (Ф≠0) լու­սային քվանտ­­ները, ընկնելով կիսա­հա­ղորդչի վրա, վերջինիս ատոմ­նե­ր­ի էլեկտրոններին հաղորդում են լրա­ցու­ցիչ էներգիա: Էլեկտրոն­ներն անց­­նում են վալենտային գո­տուց հաղորդականության գոտի: Արդյունքում կիսա­հա­ղորդիչի էլեկտրահաղորդականությունը և դրանով հոսանքը   մե­ծա­­նում են: Առաջանում է լուսային հոս­քով պայմանավորված հո­սանք, որը կոչվում է ֆոտոհոսանք: Ֆոտոհոսանքի մեծությունը կախ­ված Ф հոսքի և U լարման մե­ծություններից:

Ֆոտոռեզիստորով հոսող I հոսանքի և լուսային Ф հոսքի մի­ջև կապը հաստատուն U սնման լարման դեպքում կոչվում է ֆո­տո­ռեզիս­տո­րի լուսային բնութագիծ: Նկ.2.29,բ - ում բերված է  ֆոտոռեզիստորի լուսային բնութագիծը տարբեր լուսային հոսքերի դեպքում: Ф հոսքի մե­ծա­ցումից աճում է հաղորդա­կա­նության գոտի անցած էլեկտրոնների քանակը, հետևա­բար մեծա­նում է ֆոտոհոսանքը: Լուսային բնութա­գծերից երևում է, որ  U լար­ման որոշակի արժեքի դեպքում Ф հոս­քը և  ֆոտոհո­սանքի մեծու­թյունը ուղիղ համեմատական են: Լարման մի որո­շակի արժե­քից սկսած բոլոր էլեկտրոնները մասնակցում են ֆոտո­հո­սանքի ձևա­­վորմանը, այդ պատճառով լարման հետագա մեծա­ցումից ֆոտո­հոսանքը մնում է անփոփոխ: Նկ.2.29,բ-ում բերված է ֆո­տո­ռե­զիս­տորի վոլտամպերային բնութագիծը: Դա ֆոտոհո­սան­քի կապն է U լա­րու­մից հաստատուն Ф հոս­քի դեպ­քում: Ф հոս­քի  հաս­տատուն  արժե­քի դեպ­քում կի­սա­­հա­ղորդի­չում որո­շա­կի թվով էլեկտրոններ են անց­նում վալեն­տային գոտի:  U լար­ման մեծա­ցու­­մից ավելի մեծ թվով էլեկ­տրոն­ներ են մաս­նակ­ցում ֆոտոհո­սանքի առաջացմանը, և այն աճում է:

Ֆոտոռեզիստորի հիմնական պարամետրը ինտեգրալ զգա­յունու­թյունն է, որը գնահատվում է IФ ֆոտոհոսանքի և այդ ֆոտո­հո­սանքը առաջացնող  Ф լուսային հոսքի հարաբերու­թ­յամբ (S = IФ / Ф): Կիրառ­վում է նաև ( Sտ = IФ / ФU) տեսա­կարար ինտեգրալ զգա­յու­թյուն պարա­մետրը: Դա ինտեգրալ զգա­յունու­թյունն է, երբ ֆոտոռեզիստորին կիրառ­ված է 1Վ լարում:      

Ֆոտոռեզիստորի պայմանական նշանակումը էլեկտրական սխե­մա­­նե­րում պատկերված է նկ.1.24դ-ում: Ֆոտոռեզիստորի մակ­­նիշը սկսվում է СФ տառերով (сопротивление фоточувст­витель­ное), օրի­նակ СФ2-4:

Ֆոտոդիոդ:         Ֆոտոդիոդը կառուցվածքով տարբերվում է կի­սա­հա­ղորդ­չա­յին դիոդից միայն նրանով, որ պատյանում ավե­լաց­վում է ոսպ­նյակ, որի միջոցով լուսային հոսքն ուղղվում է p-n անցման վրա` վեր­ջինիս հարթությանն ուղղահայաց (նկ.2.30,ա): Ֆոտոդիոդի պայմա­նա­կան նշանը բերված է նկ.2.30,բ-ում:

Ֆոտոդիոդը կարող է աշխա­տել երկու` ֆոտո­ձևա­փոխիչի և ֆոտո­գենե­րա­տորի ռեժիմներով :

Ֆոտոձևափոխիչի ռեժիմում ֆոտոդիոդին միացվում է Uդ ար­տա­քին լար­­ման աղբյուրը, որը ապահովում է դիոդի փակ վիճա­կը (նկ.2.30, գ): Եթե ֆոտոդիոդը լուսավորված չէ, այն գտնվում է փակ վի­ճա­կում, և դրանով անցնում է հակառակ ուղղության մթնային հոսանքը (I0): Լու­սային հոսքի առկայության դեպքում դիոդում առա­ջանում է ներքին ֆոտոէֆեկտ, որի շնորհիվ p-n անցումում ավե­լանում է էլեկտրոնների և խոռոչների քանակը: p միջակայ­քից էլեկտրոնները որպես ոչ հիմնական լիցքակիրներ դրեյֆում են n միջակայք, իսկ n  միջակայքից խոռոչները` p միջակայք:

Ֆո­տո­­դիո­դով հոսում է ոչ հիմնական լիցքակիրների դրեյ‎­­ֆով պայմանավորված ֆոտոհոսանք` IՖ, որը զգալիորեն գերազանցում է  I0  մթնա­­յին հոսանքի մեծությունը: Հիմնական  լիցքակիրները`  էլեկ­­տ­րոն­­­­նե­րը n միջակայքում, և խոռոչները p միջակայքում,  փոք­րա­ց­նում են պոտենցիալային պատնեշի մեծությունը, սա­­կայն Uդ արտաքին լար­­ու­մը այնպիսին է (>1Վ), որ դիոդը պահ­պանում է փակ վիճակը, և դիֆուզիոն հոսանքը բացակայում է:

Այսպիսով ֆոտոդիոդի ֆոտոձևափոխիչի աշխատանքային ռեժի­մում Rբ  բեռով հոսում է լուսային հոսքին համեմա­տական = I0 + IՖ ֆոտո­հոսանք, այսինքն` ֆոտոդիոդը լուսային էներ­գիան ձևա­փոխում է էլեկտրական էներգիայի:

Ֆոտոդիոդում հիմնականը լույսային և վոլտամպերային բնութ­ա­գծերն են: Լուսային բնութագիծը ֆոտոդիոդով հոսող Iդ  հոսանքի և լու­սային Ф հոսքի միջև առնչությունն է դիո­դին կիրառ­ված Uդ հաստա­տուն լարման դեպքում (նկ.2.31,ա): Լուսային բնութա­գիրը գծային է:

Վոլտ-ամպերային բնութագիծը դիո­­­­դով հոսող հոսանքի և դիոդի վրա լարման առնչությունն  է  հաստատուն Ф հոսքի դեպ­քում Ф հոսքի մեծացումից միևնույն Uդ լարման դեպքում ֆոտո­հոսանքը մեծանում է (նկ.2.31,բ):  

Ֆոտոդիոդի պարամետրերն են` դիֆերենցիալ ներքին (ել­քա­յին) դիմադրությունը`   Rդ = ∂Uդ / ∂Iդ հաստատուն լուսային հոս­քի դեպքում և ինտեգրալ զգայնությունը` S=Iդ հաստատուն Uդ լար­ման դեպքում: Դիֆերենցիալ ներքին դիմադրությունը շատ մեծ է (տասնյակ ՄՕմ): Ինտեգրալ զգայնությունը տասնյակ մԱ է 1 լյու­մեն հոսքի դեպքում:

Ֆոտոգեներատորի աշխատանքային ռեժիմում ֆոտոդիոդին ար­տաքին լարման աղբյուր չի միացվում, և այն ծառայում է որ­պես ֆո­տոէլեկ­տրաշարժ ուժի աղբյուր (նկ.2.30,դ): Այս ռեժիմում ֆոտոդիոդի աշխատանքի սկզբունքը հետևյալն է: Լույսային հոսքի բա­ցակայության դեպքում դիոդի p-n անցումը ունի φ0 պո­տեն­ցիալային պատ­նեշ: Անցու­մով հոսող դիֆու­զիոն ու դրեյ­ֆային հո­սանքներն իրար փոխհատուցում են: Գումարային հոսանքը դիո­դով բացակայում է: Լուսային հոսքի առկայության դեպքում տե­ղի են ունենում նույն երևույթ­­ները, ինչ որ նախորդ ռեժիմում, այն է` գեներացվում են էլեկտ­րոն-խոռոչ զույգեր: Պո­տեն­ցիալային պատ­նեշը նպաստում է գեներա­ցիայի պատճառով առաջացած ոչ հիմնական լիցքակիրների տեղա­շար­ժին մի կի­սա­հաղորդչից մյուսը (էլեկտրոնները p-ից n, խոռոչ­ները n-ից p): Առա­ջա­նում է IՖֆոտոհոսանքը, որը գու­մար­վում է p-n անցու­մով հոսող I0 դրեյ­ֆային հո­սան­քին: Հիմնական լիցքակիր­նե­րը կու­տակ­վում են անց­ման երկու կողմերում, ինչը համարժեք է անցմանն ուղիղ լարման միաց­մանը: Արդյունքում պոտենցիալա­յին պատ­նեշը փոք­­րանում է, և անցու­մով հոսանքի Iդիֆ դիֆուզիոն բաղա­դրիչը` մե­ծա­նում է: Արտաքին շղթայի բա­ցակայության դեպքում դիֆու­զիոն և դրեյ‎­ֆային հո­սան­քները փոխ­հա­տուցվում են: Այս ռեժի­մում դիո­դով անցնող հոսանքները բա­վա­­րա­րում են հետևյալ պայմանին`                  

որտեղ Iդիֆ = I0exp(UՖ / φT), UՖ - ը դիոդի ելուստների միջև լարումն է, որը կոչվում է ֆոտոէլշու:

          (2.21) հավասարումից կստանանք`

Վերջին արտահայտությունից կարող ենք գրել`

 Ֆոտոէլշուի արժեքը կախված է կիսահաղոր­դ­չի նյութից: Այն սովո­րաբար չի գերազանցում պոտենցիալային պատնեշի φ0 մեծու­թյունը (0,5…0,55 Վ):

Ֆոտոդիոդին Rբ բեռի միացման դեպքում դրանով կհոսի Iբ հոսանքը, որը կորոշվի հետևյալ արտահայտությամբ`

որտեղ φ-ն պոտենցիալների տարբերությունն է p-n անցումում բեռի առկայության դեպքում:

Ֆոտոդիոդի կարճ միացված ռեժիմում (Rբ=0) հոսանքը ար­տաքին շղթայով ունի առավելագույն արժեքը և հավասար է IՖ (արեգակի միջին լուսավորության դեպքում հավասար է 20…25մԱ/սմ2): Պարապ ընթաց­քի ռեժիմում (Iբ=0), ելքային լա­րու­մը հավասար է ‎‎ֆոտոէլշուին (UՖ=φ0): Ավելի մեծ լարում  ստա­նալու նպատակով մի քանի դիոդներ միացվում են հաջոր­դաբար, իսկ մեծ հոսանք ստանալու համար` զուգահեռ:   

Ֆոտոձևափոխիչի ռեժիմում ֆոտոդիոդները մեծ կիրառու­թյուն են գտել ֆոտոռելեներում (նկ.2.32): Ֆոտոռելեն օգտա­գործվում է հա­տային արտադրանքի քանակի ավտոմատ հաշվ­ման, վերելակների և մետրոյում մուտքի դռների ավտոմատ աշխատանքի, փողոցային լու­սա­վո­ր­ման ցանցի ինքնաբերաբար միաց­ման և անջատման և այլ նպա­տակ­նե­րով:

Ֆոտոռելեն բաղկացած է տրանզիստորից, ֆոտոդիոդից և էլեկ­­տ­­րա­մագնիսական ռելեից: Էլեկ­­տ­­րա­մագնիսական ռելեն ունի նորմալ փակ K1, K3  և նորմալ բաց K2, K3 հպակային խմբեր, որոնց  միացված են Rբ1 և Rբ2 բեռները:

R1, Rէ ռեզիստորների մի­ջո­­ցով ընտր­­վում է տրանզիստորի աշխատանքային ռեժիմը այնպես, որ լու­սային հոսքի բացակայության դեպքում ֆոտոդիոդը և տրանզիս­տորը փակ են: Տրանզիստորի բազային շղթայով հո­սում է ֆոտոդիոդի մթնային հո­սանքը, որը բավարար չէ տրան­զիս­­­տորի բաց­ման համար:  Տրան­զիս­տո­րի կոլեկտորային Iկ0 հո­սան­քը, որը հոսում է  էլեկտրա­մագ­նիսական ռելեյի փաթույթով, բա­վարար չէ վերջինիս գործ­ման համար: Էլեկտրա­մագնիսական ռելեյի հպակային խմբերի K1, K3 հպակները փակ են և Rբ1 բեռը միացված U1 լարման աղբյուրին: K2, K3 հպակնե­րը բաց են, հե­տևա­բար 2 բեռն անջատված է U2 լարման աղ­բյուրից: Լուսա­յին հոս­քի առկայության դեպքում ֆոտոդիոդը բաց­վում է, և տրան­զիստորի բազայի շղթայով հոսում  է ֆոտո­դիո­դի ֆոտո­հոսան­քը: Տրանզիստորը բացվում է, կոլեկտորային հոսան­քը մեծանում է (Iկ = βIբ): Էլեկտրամագնիսական ռելեի փա­թույ­թով հոսում է բավարար հոսանք, և այն սկսում է գոր­ծել: K1, K3 հպակները բաց­վում են, K2, K3-ը` փակվում: Ար­դյունքում 1 բեռը անջատվում է U1 լար­ման աղբյու­րից, իսկ Rբ2 բեռը միա­նում է U2 լարման աղբյուրին: Լուսային հոսքի ան­ջատ­ման դեպքում ֆոտոդիոդով ֆոտոհոսանքն ընդ­հատ­վում է, հետևա­բար տրան­զիս­­տորը փակ­վում է: Էլեկտրամագ­նիսական ռելեյի փաթույ­թով հոսանքն ընդհատվում է, և այն վերադառնում է սկզբնա­կան վիճակին` K1, K3 հպակները փակվում են, K2, K3-ը` բացվում:

Որպես օրինակ դիտարկենք ֆոտոռելեի կիրառումը փողո­ցային լուսա­վոր­ման կառավարման նպա­տակով (նկ.2.32): Այդ դեպքում օգ­տա­գործվում է K1, K3 հպակների խում­բը, իսկ որպես  1 միաց­վում են լու­սա­վորության լամպերը: Երբ լուսավորվածությունը բավա­րար է, ֆո­տո­դիոդը և տրանզիստորը բաց են: Էլեկտրամագնի­սական ռելեն գոր­ծում է, K1, K3 հպակները  և լամպերն անջատ­վում են: Երեկոյան, երբ լու­սա­վորվածությունը հաս­նում է ան­բա­վարար մակարդակի, ֆոտո­դիո­դը, հետևաբար և տրան­զիս­տորը փակ­վում են: Էլեկտրա­մագ­նի­սական ռելեն դադարում է գոր­ծե­լուց , և փակ­վում են K1, K3 հպակնեը: Վեր­ջիններս միացնում են լամ­պե­րը U2-ին: Լուսա­բա­ցին, երբ լուսավորվա­ծու­թյունը բավարար մա­կար­դակի է հաս­նում, ֆոտոդիոդը և տրանզիս­տորը բացվում են էլեկտրամագնիսական ռելեն գործում է, և  K1, K3 հպակները  ան­ջա­տում են լամպերը լար­ման աղբյու­րից: 

Ֆոտոտրանզիստոր:     Ֆոտոտրանզիստորը կառուցվածքով տար­բերվում է երկբևեռ տրանզիստորից միայն նրանով, որ պատ­­­­յա­նում տեղադրված  է  ոսպնյակ, որի միջոցով  լուսային հոսքն ուղղվում է բա­զայի միջա­կայքին: Սովորաբար ֆոտո­տրանզիստորում բազայի ելուս­տը բացակայում է:          

Ֆոտոտրանզիստորի կառուցվածքային սխեման, պայմանա­կան նշա­նա­կումը և միացման սխեման բերված են նկ.2.33,ա-ում: Լու­սային հոսքն ուղղվում է բազայի միջակայքին: Կոլեկտոր-էմիտեր շղթա­յում միացվում է Uկէ սնման լարման աղբյուրը և Rբ բեռը: Լուսային հոսքի բացակայության դեպքում ֆոտոտ­րան­­զիս­­տորը փակ է, դրանով հոսում է մթնային փոքր հոսանքը (հա­կա­­ռակ ուղղության հագեցման  հո­սան­քը): Լուսային հոսքի առ­­­կա­յության դեպքում բազայի միջակայքում գենե­րաց­վում են էլեկտրոն-խո­ռոչ զույգեր: Էլեկտրոն­ներն անցնում են կոլեկ­տոր, իսկ խոռոչնե­րը  կուտակվում են բա­զայի շղթայում: Խոռոչ­ների քանակը բա­զայում աճում է (դա հա­մարժեք է բազային դրական լար­ման կիրառմանը), որի շնորհիվ էմիտերային անցումը բաց­վում է, և կոլեկտորային շղթայով հ­ո­սում է դիֆուզիոն հոսանք: Լուսային հոսքի  մեծացումից մեծանում է էլեկ­տ­րոն-խոռոչ զույգերի քա­նակը, հետևա­բար` և  կոլեկտորային հոսանքը:

Ի տարբերություն ֆոտո­դիոդի` ֆոտոտրանզիստորում միևնույն լու­­սային հոսքի դեպքում կոլեկտորային հոսանքը աճում է β անգամ ավելի մեծ չափով:

Արտադրվում են դուրս բերված բա­զային ելուս­­­տով ֆոտո­­­­­տրան­զիստորներ: Բազայի դուրս բերված ելուստով ֆոտո­­տրան­զիս­տոր­­նե­րում (նկ.2.34ա,բ) ունենք երկու կառավարող ազ­դանշաններ` լու­սային հոսք և բազա-էմիտեր լարում: Բազա-էմիտեր լարման  միացումը հնա­րավո­րու­թյուն է ընձեռում ավելի փոքր լուսային հոսքերով կառավա­րել կոլեկտորային հոսանքի մեծությունը: Բացի դրանից, բեռով հոսող հոսանքի կա­ռավա­րումը կարող է իրա­կանացվել երկու տարբեր շղթա­ներից` Փ լույ­սային հոսքի աղբյուրից և մեկ այլ լարման աղբյու­րից: Դա մեծացնում է ֆոտոտրանզիստորի ֆունկցիոնալ հնարա­վո­րու­թ­յուն­ները և կիրառման բնագավառները:

          Ֆոտոտիրիստորներ: Ֆոտոտիրիստորը տարբեր­վում է տի­րիս­տո­­­րից միայն նրանով, որ կառավարող ելուստը բա­ցակայում է, և պա­տյանում տեղադրված է ոսպնյակ, որի միջոցով լուսային հոսքն ուղղ­վում է p2 կամ n1 կիսահաղորդիչներին:

Լուսային հոսքի բացակայության դեպքում ֆոտոտիրիստո­րն աշ­խատում է դինիստորի ռեժիմում, կառավարող ելուստի բա­ցա­կայու­թյան պատճառով: Միացման լարումն ունի Uմ0 արժեքը (նկ.2.35,բ): Լու­սային հոսքի առկայության դեպ­քում, եթե այն ուղղ­ված է p2 կիսա­հա­ղոր­դիչին, p2 - ում գենե­րաց­վում են էլեկտ­րոն - խո­ռոչ զույգեր: Խոռոչ­նե­րի քա­նա­կը p2-ում աճում է, և p2-n2 անցումը ավելի է բացվում: Տիրիս­տո­րում տեղի ունեցող հետա­գա պրո­ցես­ները լրիվ նույն են, ինչ որ կա­տո­դային կառավարման ելուս­տի առկայու­թյան դեպքում:

Լուսային հոսքը n1 կիսահաղորդչին ուղղելու դեպ­քում դրանում գեներացվում են էլեկտ­րոն - խո­ռոչ զույ­գեր: Այժմ n1 -ում ավե­լա­­նում է էլեկտրոնների քանակը, և p1-n1 անցու­մը ավելի է բաց­վում: Այնուհետև պրոցեսները շարունակվում են նույն սկզբուն­քով,  ինչ որ անոդային կառավարումով տիրիստոր­ներում:

Այսպիսով ֆոտոտիրիստորում լուսային հոսքը կատարում է տի­րիս­տորի կառավարող ելուստի դերը: Ընդ որում, կառավարող և կառա­վար­վող շղթաների միջև գալվանա­կան կապը բա­ցակայում է: Ֆոտո­տի­րիստորի պայմա­նա­­կան նշանը բերված է նկ.2.35գ-ում:

Արտադրվում են նաև սիմետրիկ ֆոտոտիրիստորներ (սիմիստոր­ներ):  

>>

 

2.6. Օպտոէլեկտրոնային սարքեր

Օպտոէլեկտրոնային սարքերը բաղկացած են լույսի աղբյու­րից և լույսի ընդունիչից: Դրանք կոչ­վում են նաև օպտոզույգեր (օպտրոններ): Օպտոզույգերում մուտ­­­քային և ելքային ազդա­նշան­ներն էլեկտրական մեծություն­ներ են, որոնց միջև գալվա­նա­կան կապ գոյություն չունի: Որպես լույսի աղբյուր կարող են օգտագործվել ճառագայթող դիոդներ կամ կիսահաղորդչային լազերներ: Մեծ կիրառություն են գտել ին‎­­ֆ­րա­­­կար­միր ճառագայթող դիոդները, շնորհիվ կառավարման պարզ սխե­մայի և օգտա­կար գործողության գործակցի մեծ արժեքի: Լույսի ընդունիչները ֆոտոէլեկտրոնային սարքեր են` ֆոտոդիոդներ, ֆոտո­տրան­զիս­տորներ, ֆոտոտիրիստորներ և այլն:  

Ճառագայթիչ  դիոդները  կիսահաղորդիչային  դիոդներ  են, որոնք p-n անցումից ճառագյթում են լուսային քվանտներ (Նկ.2.35ա): Լու­սա­յին ճառագայթները արտաքին միջավայր են անցնում դիոդի պատյա­նում տեղադրված լուսա­թափանցիկ ապակյա թիթեղից: Ճառագայթիչ դիոդ­նե­րը բաժանվում են երկու խմբի` տեսա­նելի հաճախությունների միջա­կայքում ճառագայ­թող դիոդներ, որոնք կոչվում են լուսադիոդներ, և ինֆրա­կար­միր հաճա­խությունների միջակայ­քում  ճառագայթող դիոդներ (ԻԿ դիոդ­ներ): Այս դիոդների աշխատանքը հիմնված է p-n ան­ցու­մով ուղիղ ուղղությամբ հոսանքի անցման ժամանակ լիցքակիր մաս­նիկնե­րի ինքնառեկոմբինացիայով, որի դեպքում անջատվում են լու­սային քվանտներ: Ճառագայթվող հաճախու­թյունների միջա­կայքը որոշվում է կիսահաղորդչի տեսակով:

Լուսադիոդների պատրաստման համար հիմնականում օգ­տա­գործ­վում են գալիումի ֆոսֆիդ, գալիումի արսենիդ ֆոսֆիդ: Դրանց օ.գ.գ.-ն չի գերազանցում 10…20% մեծությունը:

ԻԿ դիոդների պատրաստման համար օգտագործվում են գալիումի արսենիդ կամ գալիումի ֆոսֆիդ:

Օպտոզույգերը արտադրվում են ինտեգրալ միկրոսխեմայի տես­քով: Դրանց նշանակումները էլեկտրական սխեմաներում  պատ­կեր­ված են նկ. 2.36բ,գ,դ-ում:

Նկ.2.37-ում բերված է ինտեգրալային օպտօռելեի սկզբուն­քային սխե­ման: Օպտօռելեները տարբերվում են հիմնականում դրանցում օգտա­գործված բանալու սխեմայով: Օգտագործվում են տիրիստոր­նե­րով, երկբևեռ և դաշտային տրանզիստորներով բանալիներ: Համեմա­տա­բար լավ պարամետրերով առանձ­նա­նում են դաշ­տային տրանզիս­տորներով բանալիներով օպտօռե­լեները, որոնք կիրառվում են ուժային շղթանե­րում որպես ուժային բանալի:

Ուժային բանալին կազմված է n հոսքուղով մետաղ-օքսիդ-կիսա­հա­ղորդիչ տեսակի իրար հաջորդաբար և հանդիպակաց միաց­ված տրան­­զիստորներից: Տրանզիստորները կառավարվում են մի քա­նի հա­ջորդաբար միացված ֆոտոդիոդներից, որոնք աշխա ­տում են պա­րապ ընթացքում աշխատող ֆոտոէլշուի աղբյուրի ռեժիմում: Լուսավորման դեպքում դրանցից յուրաքան­չյուրը ձևավորում է մեկ վոլտ լարում: Ֆոտո­դիոդների ելքային լարումներով տրան­զիստորները բացվում են և մուտ­քային շղթան միացնում բեռին: Երկու տրանզիս­տոր­ների միա­ցումը բա­նալու սխեմայում մեծաց­նում է բաց վիճակում բա­նալու դի­մադ­րությունը, սակայն դա ապահովում է բանալու փակ վիճա­կում բարձր թույլատրելի առա­վելագույն լարում:

 Ֆոտոդիոդները կառավարվում են լուսադիոդին տրված Iկ կառա­վարման հոսանքով:

Նշված կառուցվածքով օպտօռելեի օրինակ է երկու կապուղով TLV 422 մակնիշի օպտօռելեն: Այն կարող է ապահովել երկ­բևեռ մինչև 400Վ լարման միացումը և անջատումը: Կառավարման հոսանքի 5 մԱ արժե­քի դեպքում բաց վիճակում բանալու դի­մա­դ­րությունը 20 Օմ է: Կորստի հոսանքները բանալու փակ վիճակում չեն գերազանցում 1մԱ մեծու­թյունը (անալոգային ազդանշանի դեպքում այն փոքր է 1 նԱ-ից):

>>

 

2.7. Ինտեգրալ միկրոսխեմաներ

Ինտեգրալ միկրոսխեմաները մեծ թվով պասիվ և ակտիվ տար­­րեից ու դրանց որոշակի օրենքով միացման հաղորդա­լա­րե­րից բաղկացած միկրոէլեկտրոնային սարքեր են, որոնք կի­րառ­վում են էլեկտրական ազ­­դա­նշան­ների որոշակի ֆունկ­ցիա­­յով ձևափոխման, մշակման և հիշ­ելու նպատակով:

Ինտեգրալ միկրոսխեմաները պատրաստվում են կամ պինդ մար­մ­նում կամ դրա մակերեսին: Առաջին դեպքում սխեմայի բո­լոր տարրերը (ռեզիստորներ, կոնդենսատորներ, ինդուկտիվու­թյուն­ներ, դիոդներ, տրան­զիստորներ և այլն) և դրանց միացման հա­ղոր­դալարերը ձևավոր­վում են  կիսահաղորդիչային թիթեղում: Այդ միկրոսխեմաները կոչվում են կիսահաղորդչային:

Երկրորդ դեպքում, բացի ինտեգրալ սխեմայի ակտիվ տար­րերից (դիոդներից և տրանզիստորներից), մնացած բոլոր տար­րերը  ձևավոր­վում են մեկուսիչ թիթեղի (տակդիր) մակերեսին, ամորֆ թաղանթի տեսքով, որն իրականացնում է անհրաժեշտ  պասիվ տարրերի գործա­ռույթը: Ակտիվ տարրերն ամրացվում են մեկուսիչ թիթեղին և զոդվում թաղանթի համապասխան մասե­րին: Այս միկրոս­խե­մանե­րը կոչվում են հիբրիդային:

Մեծ կիրառություն են գտել կիսահաղորդչային միկրոսխե­մա­ները, որոնցով հնարավոր է նախագծել և պատրաստել շատ բարդ սխեմայով էլեկտրոնային սարքեր, ապահովելով փոքր չափսեր և ցածր ինքնար­ժեք:

Կիսահաղորդիչային միկրոսխե­մա­ներում ին­դուկ­տիվություններ և տրանսֆորմատորներ չեն օգտագործ­վում դրանց ստաց­­­ման եղանակ­ների բացակայության պատճառով: Այս միկրոսխեմանե­րում ռեզիստոր­նե­րը և կոնդենսատորները իրա­կանացվում են p-n անց­ման դիմադրու­թյան և ունակության միջոցով: Դա ապահովում է տրան­զիստորների, դիոդների, ռե­զիս­տորների և կոնդենսատորների պատ­րաս­տումը մեկ ընդ­հա­նուր տեխնալոգիական գործընթացով ինտեգ­րալ միկրոսխեմայի պատ­րաստման ժամանակ:

Հիբրիդային միկրոսխեմաները կիրառվում են առանձնահա­տուկ դեպքերում, երբ պահանջվում են ոչ ստանդարտ պարա­մետ­րերով տար­­րեր, օրինակ ինչպիսիք են շատ բարձր դիմադրություններով ռե­զիս­­տորներ ու մեծ ունակություններով կոնդենսատորներ, որոնց ճշգրտությունն ապահո­վելը հնարավոր չէ, կամ հզոր դիոդներ և տրան­զիստորներ, ինչպես նաև շատ բարդ սխեմաներ:

Կիսահաղորդչային ինտեգրալ միկրոսխեմաները բաժան­վում են հիմնականում երկու խմբի` երկբևեռ տրանզիստորներով և դաշտային տրանզիստորներով միկրոսխեմաների: Երկբևեռ տրան­­զիստորներով  միկ­­րո­սխեմաներում հիմնական տարրը n-p-n տրանզիստորն է, իսկ դաշտային տրանզիստորներով միկ­րոսխեմաներում` ՄՄԿ (մետաղ-մեկուսիչ-կիսահաղորդիչ) տրան­զիստորը: Արտադրվում են նաև երկ­բևեռ և դաշտային տրանզիս­տորների կիրառումով միկրոսխեմաներ:

Կախված  ինտեգրալ  միկրոսխեմայում  օգտագործված  տար­րերի (մեծ մասամբ տրան­զիս­տոր­ների) քանակից` տարբերում են ցածր, մի­ ջին,  բարձր և գերբարձր ինտեգրացման աստիճանով ին­տեգրալ միկ­րո­­ս­խե­­մա­ներ (ԻՍ): Ինտեգ­րա­ց­ման աստիճանը գնահատվում է ինտե­գրաց­ման K=lgN  գործակցով, որտեղ N-ը միկրոսխեմայում օգտագործ­ված տարրերի թիվն է: K ≤ 1 (N ≤ 10) դեպքում միկ­րո­սխե­ման կոչվում է  ցածր ինտեգրացայի ( ՑԻՍ ), 1 < K ≤ 2 (10 < N ≤ 100) դեպքում` միջին ինտեգրա­ցիայի (ՄԻՍ), 2 < K ≤ 3 (100 < N ≤ 1000) դեպքում`  բարձր և  K > 3 (N > 1000) դեպ­քում` գեր­բարձր ինտեգրա­ցիայի (ԲԻՍ):

Կիսահաղորդչային պարզագույն միկրոսխեմայի (բաղ­կա­ցած VD դիոդից, R ռեզիստորից, VT տրանզիստորից և C կոն­դեն­սա­տորից) էլեկ­տ­րա­կան և կառուցվածքային սխեմաները բեր­ված են նկ.2.37,ա, բ-ում համապատասխանաբար: Սխե­մայում, որպես կիսա­հաղորդչային բյու­րեղ, օգտա­գործված է Si(p) կիսա­հա­ղորդիչը: Ելուստ­ները (1, 2, 3, 4, 5) մետաղից են (Al), որոնք իրարից մեկուսացված են SiO2 -ով: VD դիոդը իրականացված է առա­ջին n-p-n տրանզիստորի կոլեկտորային անցման միջոցով: Տրանզիստորի էմիտերը և բազան միացված են իրար և դուրս բեր­ված 1 ելուստը ծառայում է որպես դիոդի անոդ: Կոլե­կ­տո­րի ելուս­տը, որը հանդիսանում է դիոդի կատոդը, միացված է R ռե­զիս­տորի մի ծայրին և VT տրանզիստորի (երկ­րորդ  n-p-n) բազա­յին: R ռե­զիս­տորը պատրաստված է p կիսա­հա­ղորդչի  շերտով, որի երկրորդ ծայրը դուրս է բերված 2 ելուստի միջոցով: VT-ի էմիտերն է 3-ը, կոլեկտորը` 4 դուրս բեր­ված ելուստները: VT-ի կոլեկ­տո­րը միացված է C կոնդեսատորի մի ծայրին: Վերջինս կազմված է մետաղյա թիթեղներից և դրանց միջև գտնվող մեկուսչից: Կոնդեսատորի երկրորդ ծայրը դուրս է բերված որպես 5 ելուստ:

Հարկ է նշել, որ ինտեգրալ միկրոսխեմայի տեսքով պատ­րաստ­վում են ինչ­պես անալոգային, այնպես էլ իմպուլսային և թվային տարբեր նշանակության էլեկտրոնային շղթաներ:

Դիսկրետ տարրերով պատրաստված շղթաների փոխարի­նումը ինտե­գրալ միկրոսխեմաներով զգալի չափով բարձրաց­նում է շղթաների հուսալիությունը (բացակայում են տարրերի հպա­կային միացումները), փոք­րացնում դրանց չափսերը (բացակայում են տարրերի  միաց­ման հաղորդալարերը և պատ­յան­ները), և իջեց­նում ինքնարժեքը (շնո­ր­­հիվ մոնտաժային և հա­վաք­ման գործա­ռույթների բացակայության ):  

>>

                                                          Ստուգողական հարցեր

 1. Ի՞նչ է p - n անցումը և ի՞նչպես է այն ձևավորվում:

2. Ո՞ր կիսահաղորդիչային սարքերում են օգտագործվում p - n անցումները:

3. Կարո՞ղ են ստաբիլիտրոնները միացվել ա) հաջորդաբար  բ) զուգահեռ:

4. Բացադրեք կիսահաղորդչային դիոդի ուղղիչային հատ­կու­թյունը, գծեք դիոդի վոլտամպերային բնութագիծը:

5. Թվարկել դիոդի պարամերերը:

6. Ո՞րն է երկբևեռ տրանզիստորի աշխատանքի սկզբունքը:

7. Գծել երկբևեռ տրանզիստորի փոխարինման սխեման միջին  հաճախությունների տիրույթում:

8. Երկբևեռ տրանզիստորի միացման ի՞նչ սխեմաներ գիտեք:

9. Գծել բաղադրյալ տրազիստորի սխեման, որոշեք դրա պարամետրերը:

10.Թվարկել դաշտային տրանզիստորների տեսակները:

11. Բացատրել p-n անցումով կառավարումով դաշտային տրանզիստորի աշխատանքի սկզբունքը:

12. Կազմել p-n անցումով կառավարումով դաշտային տրանզիստորի փոխարինման սխեման :

13. Գծել  p-n անցումով կառավարումով դաշտային տրան­զիս­տորի փոխարինման սխեման:

14. Մեկուսացված փականով ի՞նչպիսի տրանզիստորներ գիտեք:

15. Բացատրել ներսդրված հոսքուղիով դաշտային տրանզիս­տորի աշխատանքը:       

16. Ո՞րն է ինդուկցված հեսքուղիով դաշտային տրանզիստորի  առանձնահատկությունները:

17. Ինչպիսի քառաշերտ կիսահաղորդիչային սարքեր գիտեք:

18. Ո՞րն է տիրիստորի և տրանզիստորի տարբերությունը:

19. Բացտրել դինիստորի աշխատանքը:

20. Գծել տիրիստորի բնութագիծը, բացատրեք աշխատանքը:

21. Ի՞նչ է սիմիստորը:

22. Ո՞րոնք են Ֆոտոէլեկտրոնային սարքերը:

23. Բացատրել Ֆոտոդիոդի աշխատանքը:

24. Ո՞րոնք են Ֆոտոտրանզիստորի առավելությունները Ֆոտոդիոդի համեմատ:

25. Դուրս բերված բազային ելուստով Ֆոտոտրանզիստորը  ի՞նչ հնարավորություններ է ապահովում:

26. Գծել Ֆոտոռելեյի սխեման, բացատրեք աշխատանքի սկզբունքը հատային ապրանքների հաշվարկման օրինակով: 

27. Ի՞նչպիսի օպտոէլեկտրոնային սարքեր գիտեք:

28. Բացատրել դիոդա- տրանզիստորային օպտրոնի աշխատանքը:

29. Ո՞րն է  մեկուսացված փականով երկբևեռ տրանզիստոր­ների ստեղծման անհրաժեշտությունը:

30. Ի՞նչ է ինտեգրալ միկրոսխեման:

31. Թվարկել ինտեգրալ միկրոսխեմաների տեսակները:  

>>

 

3.­ ԷԼԵԿՏՐԱԿԱՆ  ԱԶԴԱՆՇԱՆԻ  ՈՒԺԵՂԱՐԱՐՆԵՐ

Էլեկտրական ազդանշանի ուժեղարարները մեծ կիրա­ռու­թ­յուն  են գտել ավտոմատիկայում, հաշվիչ տեխնիկայում, ին­ֆոր­­­մա­ցիոն չա­փիչ համակարգերում, կապի և արդյունաբերու­թյան տարբեր բնագա­վառ­­ներում:

Ուժեղարարներն օգտագործվում են մուտքային ազդա­նշա­­նի հզո­րու­­թյան մեծացման նպատակով: Ուժեղարարն ակտիվ քա­ռա­­բևեռ է, որի մուտքային ելուստների միջև միացվում է ուժե­ղաց­­­վող ազդանշանի Eգ լար­ման աղբյուրը` իր Rգ ներքին դիմադրությամբ, իսկ ելքային ելուստների միջև` Rբ բեռը (նկ.3.1):     

Հզորության  մեծացումը ուժեղարարի բեռի վրա կատար­վում է E սնման լարման  աղ­բյուրի էներգիայի հաշվին: Մուտքա­յին փոքր հզո­րու­թյան  ազդանշանը  կառավարում է էներգիայի փո­խան­­­ցումը սնման աղ­բյուրից բեռին: 

Ուժեղարարը որպես քառաբևեռ, օժտված է Rմ մուտքային և Rե ել­քա­յին դիմադրություններով: Rբ բեռի նկատմամբ այն կա­րե­լի է ներ­կա­յաց­նել  Eգ լարման գեներատորով (նկ.3.1,ա) կամ  I հո­սան­քի  գենե­­րա­­տորով  (նկ.3.1,բ)

Ըստ կառուցվածքի ուժեղարարը կարող է ու­նենալ մեկ կամ մի քա­նի մուտքեր և ելքեր: Նկ.3.2ա,գ-ում բեր­ված են մեկ մուտ­­քով և մեկ ելքով ուժեղարարների նշանակումները, իսկ նկ.3.2բ,դ-ում` երկու մուտքով և երկու ելքով ուժեղարարների նշանակումնե­րը: Ուժե­­ղա­րում մուտքային և ելքա­յին լարումների միջև փու­­­­լա­յին շեղումը կարող է չլինել, կամ կազմել 1800: Առաջին դեպ­քում ուժե­ղարարը կոչվում է չշրջող (նկ.3.2ա,գ), երկրորդ դեպ­քում` շրջող (նկ.3.1բ,դ): Շրջող մուտքը պատկերվում է շրջա­նա­գծով: Որոշ դեպքերում, շրջող մուտքը պատ­կեր­­վում է « - » նշանով, իսկ չշրջող մուտքը`«+» նշանով:

>>

 

3.1.Ուժեղարարների դասակարգումը    

Ըստ կիրառման բնագավառի և ելքային ու բեռի դիմադ­րու­թյուն­նե­րի առնչության` ուժեղարարները  բաժանվում են երեք խմբի` լար­ման, հոսանքի և հզորության: Լարման ուժեղարար­նե­րի Rե ելքային դի­մադ­րու­­թ­յունը շատ փոքր է բեռի Rբ դիմադ­րու­թյու­նից: Հոսանքի ուժեղա­րար­ներում Rե ելքային դի­մադ­րու­թ­յունը շատ մեծ է բեռի Rբ  դիմադրությու­նից: Հզորու­թյան ուժե­ղա­­րար­­նե­րում այդ դի­մա­­դ­րու­թյուն­ները միև­նույն կարգի են (Rե Rբ):

Ըստ ուժեղարարում ուժեղացվող ազդաշանի տեսքի` տար­բե­րում են հարմոնիկ և իմպուլսային ազդանշանի ուժե­ղա­րար­ներ: Հար­մո­­նիկ ազդանշանի ուժեղարարները կիրառվում են երբ ազդանշանը փո­փոխվում է ուժեղարարում անցողիկ երևույ­թ­ներից ավելի դանդաղ: Իմպուլսային ուժեղարարներում ազդա­նշանի փոփոխման արագությունը շատ մեծ է, և անցողիկ երևույ­թ­­­ները չպետք է աղավաղեն ազդա­նշա­նի տեսքը:

Մուտքային ազդանշանի հաճախության փոփոխման տի­րույ­թի մե­ծու­թյունից կախված` տարբերում են հաստատուն և փո­փո­խա­կան հո­­սան­քի ուժեղարարներ: Հաստատուն հոսանքի ուժե­­­ղա­րարները ուժե­ղա­ց­նում են զրոյից մինչև որոշակի սահմանա­յին բարձր հաճախության ազդանշան­ներ (0≤ f ≤ fսբ), իսկ փոփո­խական հոսանքի ուժեղարար­նե­րը` որոշակի սահմանային ցածր հաճախությունից (fսց) մինջև որո­շա­կի սահմանային բար­ձր (fսբ) հաճախության ազդանշան­ները (fսց ≤f ≤ fսբ): fսբ - fսց = ∆f մե­ծու­թ­յունը կոչվում է հաճախությունների թող­անցման շերտ: Կախված fսբ և fսց արժեքներից` փոփոխա­կան հո­սանքի ուժե­ղա­­րար­­նե­րը բաժանվում են հետևյալ խմբերի` ցածր, բարձր, լայնա­շերտ և ընտ­­րո­­ղական ուժեղարարներ: Ցածր հաճախության ուժե­­ղարար­ների հա­ճա­խությունների թողանց­ման շերտը գտնվում է միավորից մինչև  հարյուրավոր կհեր­ցե­­­րի միջակայքում: Բարձր հաճախության ուժե­ղարար­նե­րում այն ընդունում է հարյուրավորներից  մինչև հազարա­վոր ՄՀց արժեքներ: Լայնաշերտ ուժե­ղարարներում այն ըն­դու­­նում է տաս­նյակ կհերցերից մինչև հարյուրավոր ՄՀց արժեքներ: Ընտ­րո­­­ղական ուժեղարարներն ունեն հա­ճա­խություն­ների  թողանցման շատ նեղ շերտ:

Պարզագույն կառուցվածքով ուժեղարարը կոչվում է ուժե­­ղա­րար կաս­կադ: Մեծ ուժեղացում ապահովելու նպատակով մի քանի կասկադ­ներ միացվում են հաջորդաբար և ուժեղա­րա­րը  կոչվում է բազմա­կաս­կադ: Կապը կասկադների, ինչ­պես  նաև  մուտ­քային ազդանշանի աղ­բյու­րի և ուժեղարարի մուտ­քի,  բեռի և ուժեղարարի ելքային շղթայի միջև կարող է իրականաց­վել ան­մի­ջաբար (առանց լրացուցիչ շղթայի), ունակության կամ էլ տրան­ս­­ֆոր­մատորի միջոցով: Առաջին դեպքում ուժեղարարը կոչվում է անմի­ջա­կան կապով, երկրորդ դեպքում`ունա­կա­­յին կամ RC կապով, երրորդ դեպքում`տրանսֆորմատորային կա­պով: Անմիջական կապը կիրառ­վում  է ինչպես հաստատուն, այն­պես էլ փոփոխական  հոսանքի  ուժեղարարներում, իսկ ունա­կա­յին և տրան­ս­­­­­­­ֆորմատորային կապերը` փոփոխական  հոսանքի  ուժե­ղա­րարներում:

>>

 

3.2. Ուժեղարարների հիմնական պարամետրերը և բնութագծերը

Ուժեղարարի որակական և քանակական հատկություն­ները բնո­րոշ­­­վում են իր պարամետրերով ու բնութագծերով: Ուժեղա­րա­րի հիմնա­կան պարամետրերն են` ուժեղաց­ման գործակիցը, հաճախությունների բաց թողմնան շերտը, մուտքա­յին և ելքային դիմադրությունները, ելքա­յին հզորությունը, ուժե­ղաց­վող ազդա­նշանի տեսքի աղավաղման աս­տի­ճանը և այլն:

Ուժեղացման գոր­ծակից: Ուժեղացման գոր­ծակիցը գնա­հատ­­­վում է ուժեղարարի ելքային և մուտքային ազդա­նշան­ների հարա­բերությամբ: Ըստ այդ ազդանշանների բնույթի լինում են`     

լարման ուժեղացման

հոսանքի ուժեղացման

հզորության ուժեղացման   

Ուժեղացման գործակիցը չափման միավոր չունի: Որոշ  դեպ­­­­քե­րում այն արտահայտում են լոգարիթմական միավորնե­րով` դեցի­բելերով (դԲ)

Որոշենք բազմակասկադ ուժեղարարի ուժեղացման գոր­ծա­կիցը առանձին կասկադների ուժեղացման գործակիցների մի­­ջո­ցով: Ենթա­դ­րենք  բազմակասկադ ուժեղարարը բաղկացած է N թվով կասկադնե­­րից (նկ.3.3): Ուժեղարարի i-րդ կասկադի ուժե­­ղաց­ման գործակիցը կարտա­հայվի հետևյալ հավասա­րու­մով

Օգտվելով նկ. 3.3-ից` կասկադների ուժեղացման գործակից­ների համար կարող ենք գրել`

Բազմակասկադ  ուժեղարարի  ուժեղացման  գործակիցը կլինի`                                     

Բազմապատկելով իրար կասկադների ուժեղացման գործակիցնե­րը` կստանանք `                                           

Ստացված հավասարումից եզրակացնում ենք, որ բազ­մա­­կաս­­կադ ուժեղարարի ուժեղացման գործակիցը հավասար է դրա մեջ մտնող կաս­­­կադ­ների ուժեղացման գործակիցների ար­տա­դրյալին: Այդ եզրա­կացությունը  ճշգրիտ է նաև հոսանքի և հզորու­­թյան ուժեղացման գոր­ծակիցների համար: Լոգարիթմելով (3.4) հավասարումը և բազմա­պատ­կե­լով այն 2O-ով` կստանանք, որ լոգարիթմական միավորներով  արտահայտման դեպքում բազ­­­մա­կասկադ ուժեղարարի  ուժեղացման գոր­ծա­կիցը հավա­սար է կասկադների ուժեղացման գոր­ծա­կիցների գումարին`

Օգտակար գործողության գործակից: Հզորության ուժե­ղա­րա­ր­նե­րում կարևոր պարամետր է նաև օգ­տա­­կար  գործո­ղու­թյան գործա­կիցը (օ.գ.գ.): O.գ.գ. - ն որոշվում է ուժեղարարի ել­քից բեռին տրված օգտա­կար Pբ և սնման աղբյուրներից ծախս­ված  Pլ լրիվ հզորության հարա­բերությամբ`

Հաճախությունների թողանցման շերտ: Ուժեղարար­նե­րում օգտա­­գործվում են տրանզիստորներ և ռեակտիվ տար­րեր: Մուտ­քային ազ­դա­նշանի հաճա­խու­­թյան փոփոխումից  փո­փոխ­վում են ռեակ­տիվ տարրերի XC=1/ωc, XL=ωL դիմադ­րու­թյունները, դրանց վրայի լար­ման անկումները և ել­քային լարումների փուլային շեղ­ման մեծությունները: Արդյունքում հա­ճա­խության  փոփոխ­ու­թ­յու­նից փոփոխվում է ուժեղաա­րի ուժե­ղաց­ման գործակիցը:

Աշխատանքային հաճախութ­յուն­ների տիրույթը, ուր ուժե­ղաց­ման գործակիցը չի փոքրացել իր առավելագույն արժե­քի  մե­ծու­­թյունից, կոչվում է ուժեղարարի հաճա­խու­­­թյուն­ների  թողանց­ման շերտ: Ուժեղարարի ուժեղացման գործակցի Ku(ω) մոդուլի և հա­ճա­խության առն­չու­թ­յունը կոչվում է ամպլի­տու­դա-հաճա­խական բնութագիծ (ԱՀԲ): Այդ բնութագիծը հաճախ կա­ռու­ցում են լոգա­րիթ­մա­կան միավորներով և այն կոչվում է լոգարիթմա­կան ամպ­լի­տու­­դա-հա­ճա­­խական  (ԼԱՀԲ): ԱՀԲ-ի և ԼԱՀԲ-ի օրի­­նակ­­ներ պատ­­կեր­­ված է նկ.3.4ա,բ-ում: Բնու­թագծերում Ku0–ն    ուժե­­­­ղաց­ման գոր­ծակ­ցի առավելա­գույն ար­ժեքն է: Հաճա­խու­թ­յուն­ների ­­թողանցման շերտը որոշ­վում է ԱՀԲ-ի վրա տան­ե­լով 0.707Ku0 մա­կար­դակով հորի­զո­նա­կան գիծ: Վերջինիս բնու­թա­գծի հետ հատման կե­տե­­րից որոշում են աշխա­տան­քային սահմանային ցածր ωսց և բարձր ωսբ հաճա­խու­թյուն­­ները:

Հաճա­խու­թյուն­ների թողանցման շերտը կլինի ∆ω = ωսբ - ωսց  կամ ∆f = fսբ - fսց  մե­ծու­թյունը: ԼԱՀԲ-ի դեպ­քում բաց­թողման շեր­տում ուժե­ղաց­ման գոր­ծա­կիցը, արտահայտված դԲ-ով, փոք­րանում է 3 դԲ - ով:

 Տարբեր Ku0–ներ ունեցող ուժեղարարների ԱՀԲ-ների հա­մե­­մատ­ման նպա­տակով, դրանք չափորոշվում են, արտահայտելով հա­րաբե­րա­կան Nu(ω) = Ku(ω) / Ku0 մեծություններով: Որպես օրինակ նկ.3.5ա,բ–ում բերված են հաստատուն և փոփոխական հոսանքի ուժե­ղա­­րար­ների չափորաշված ԱՀԲ - երը:

Բացի վերոհիշյալ բնութագծերից,  կիրառվում են նաև ամ­պլի­տու­դա­յին և անցողիկ բնութագծերը: Ամպլիտուդային բնու­թա­գի­ծը մուտ­քային և ելքային ազդանշան­ների առաջին հար­մոնիկ­նե­րի ամպլիտու­դային արժեքների կապն է (նկ.3.6,ա): Անցո­ղիկ բնութա­գիծը ուժե­ղա­րարի ելքա­յին ազդանշանի ժամանա­կային փո­փո­խությունն է, երբ նրա մուտ­քում կի­րառ­ված է  թռիչ­քաձև փո­փոխ­վող ազդանշան (նկ.3.6,բ): Ամպլիտուդային բնութագիծը տե­սա­կանորեն ուղիղ գիծ է, բայց իրա­­կա­նում ուժեղարարում ոչ գծային բնութագծերով տար­րե­րի առկա­յության հետևանքով դառնում է ոչ գծային:

Անցողիկ բնութագիծը հնարավորություն է տալիս որոշե­լու ազ­դա­­ն­շանի հաստատման tհ ժամանակը և ելքային լարման ∆Uեառ. գերաճը: Ուժե­ղարարում ռեակտիվ տարրերի պատ­­ճա­­ռով մուտքային ազ­դա­նշա­նի թռիչքաձև փոփոխու­թյուն­ների դեպ­քում ելքային ազդանշանը թռիչ­քա­ձև փոփոխվել չի կարող, որի հետևանքով ելքում լարումը հաս­տատ­վում է որոշա­կի tա աճի ժա­մանակահատվածի ընթացքում: Այն գնա­հատ­վում է ելքա­յին լար­ման հաստատված արժեքի 0,1...0,9 մա­կա­ր­դակ­ներով:

Ելքային լար­ման հաստատման գործընթացը կարող է իրա­կա­նա տա­տա­նողական տեսքով: Այդ դեպքում շատ կարևոր է հաս­տատ­ված ար­ժե­քից առավելագույն շեղման մեծությունը, որը և կոչվում է ելքային լարման գերաճ (∆Uեառ): 

Մուտքային և ելքային դիմադրություններ: Մուտքային և ել­քային դիմադրություններն ուժեղարարի կարևոր պարամետ­րե­րից են: Դրանց մեծություններն անհրաժեշտ է հաշվի առնել մուտ­քային ազդա­նշա­նի աղբյուրի ներքին և ուժեղարարի մուտ­քային  դիմադ­րության,  ինչ­պես նաև, ուժեղարարի ելքային և բե­ռի դիմադրությունների համա­ձայ­­նեցման ժամանակ: Այդ դի­­մա­դրությունները կոմպլեքս մեծություն­ներ են և կախված են հա­­ճա­­խությունից: Գործնական հաշվարկների  ժամանակ օգտա­գործվում  են այդ դիմադ­րությունների ակտիվ բաղա­դրիչ­ները: Դրանք են` 

 որտեղ U – ն ելքում պարապ ընթացքի լարումն է (Rբ = ∞), I – ն` կարճ միաց­ման հոսանքը:

>>

 

3.3. Աղավաղումներն ուժեղարարներում           

Ուժեղարարի որակական կարևոր հատկանիշներից է ուժե­­ղաց­­վող ազդանշանի տեսքի ճշգրիտ պահպանումը ելքում:

Տեսա­կանորեն ուժե­ղարարի ելքային ազդանշանը պետք է նույ­նու­թյամբ կրկնի մուտ­քային ազդանշանի տեսքը: Սակայն ռեակ­տիվ և ոչ գծային բնութա­գծերով տարրերի առկայությունը հան­գե­­ցնում է մուտ­քա­յին և ելքային ազդա­նշանների տեսքերի տար­բերության:Այդ տար­բե­­րությունը կոչ­վում է ազդանշանի աղավա­ղում: Եթե ուժեղացման ժա­մա­նակ  ազդա­նշանի  տեսքը  պահ­պան­վել է, բայց ելքային ադանշանը Δt ­ ժամանակով շեղվել է մուտքային ազդանշանի նկատ­մամբ, ուրեմն այդ ազդանշանը ուժեղաց­վել է առանց աղավաղումների:

Առանց աղավա­ղումների ուժե­ղացման պայմանը հետևյալն է`     

Աղավաղումներն ուժեղարարներում  բաժանվում  են  երկու խմբի` գծային և ոչ գծային աղավաղումներ: Ոչ գծային աղա­վա­ղումնե­րի առա­ջացման պատճառն ուժեղարարում ոչ գծա­յին բնութագծերով  տարրե­րի առկայությունն է (տրանզիս­տոր­ներ, տրանս­ֆորմատորներ): Նկ.3.7-ում պատկերված է տրան­զիս­տ­ո­րի մուտքային բնութագծի ոչ գծայ­նու­թյան պատճա­ռով բազային հոսանքի աղավաղման երևույթը: Տրանզիս­տորի մուտքում սի­նու­­սոիդային լարման դեպքում բազային հո­­սանքը փոփոխվում է ոչ սինուսոիդային օրենքով, հետևաբար կոլեկտո­րային հո­սան­քը և ելքային լարումը նույնպես կփոփոխվեն ոչ սինուսոի­դային օրեն­­­քով: Ոչ գծային աղավաղման պատճառով ուժե­ղա­րարի ել­քա­յին ազդանշանը, բացի մուտքային ազդանշա­նի հաճախությու­նից,  պարու­նա­կում է նաև այլ հաճախո­ւ­թյան տատանումներ: Ազդանշանի առաջին հարմո­նիկը ուժե­ղաց­վող ազդանշանն է, իսկ մնացած հարմո­նիկները աղա­վաղ­ման արդյունք են: Ոչ գծա­յին աղավա­ղումները քանակապես գնա­­հատ­վում են ոչ գծա­յին աղավաղման գոր­ծակցով: Ոչ գծային աղավաղման գործա­կիցը  որոշվում  է հետևյալ արտա­­հայ­տու­թյամբ`

որտեղ Pi, Ui, Ii մեծությունները ելքային ազդանշանում i -րդ հար­մո­նի­կի հզորության, լարման և հոսանքի արժեքներն են:

Օգտագործվում է նաև հարմոնիկների գործակից հաս­կա­­ցու­­­թյու­նը, որը որոշվում է հետևյալ արտահայտությամբ`                                               

Հաշվարկների ժամանակ այդ  հա­վա­­սա­րում­նե­րը կի­րա­­ռելիս հաշ­վի  են առնվում միայն երկրորդ և եր­րորդ հար­մո­նիկ­ները, քանի որ ազ­դա­նշանում ավելի բարձր հարմոնիկ­նե­րն ունեն փոքր հզ­որու­թյուն: Բազմակասկադ ուժեղարարներում Kոչգ և Kհ գործակից­նե­րը որոշ­վում են կասկադների համապատասխան գործակից­ների գումարով`

Ոչ գծային աղավաղումները կախված են մուտքային ազ­դա­­նշա­նի ամպլիտուդից: Ազդանշանի հաճախության փոփոխու­թյու­նը ոչ գծա­յին աղավաղումներ չի առաջացնում: Առավելա­գույն ոչ գծային աղա­վա­ղումներն առաջանում են ելքային կասկադնե­րում, որտեղ մուտքային ազդանշանի ամպլիտուդը մեծ է: Մուտ­քա­յին ազդանշանի առավելա­գույն մեծությունը սահմանա­փակ­­վում է ոչ գծային աղավաղումների մակարդակով, ըստ այդմ ուժե­ղարարի աշխատանքը բնորոշվում է ևս մեկ պարամետրով, որը կոչվում է մուտքային ազդանշանի փոփոխման դինամիկ միջակայք`

Մուտքային ազդանշանի առավելագույն Uմառ. արժեքը սահ­մա­նա­փակվում է ոչ գծային աղավաղումների մակարդակով, իսկ նվազա­գույն Uմնվ.  արժեքը`  աղմուկների մակարդակով:

Գծային աղավաղումները պայմանավորված են ուժեղա­րա­­րում օգ­­տագործված տրանզիստորների h21է փոխանցման գոր­ծակցի և ռեակ­­տիվ տարրերի դիմադրությունների հաճախա­կա­ն փոփոխու­թյուն­նե­րով: Գծային աղավաղումների մակար­­դակը կախված չէ մուտ­քային ազդա­նշանի ամպլիտուդից: Այն կախված է միայն մուտքային ազդա­նշանի հաճախությունից:

Ուժեղարարում գծային աղավաղումները բացակայում են, եթե ուժե­­­ղա­րարի ամպլիտուդա-հաճախական բնութա­գիծը որոշվում է  արտահայտությամբ:

Գծային աղավաղումները գնահատվում են հաճախակա­ն աղա­վա­ղուման M գործակցով, որը որոշվում է միջին հաճա­խությունների դեպ­քում ուժեղացման Ku0 և  f  հաճախության դեպ­­քում  Kuf  գործա­­­­կից­­ների  հարաբերությամբ`

Սովորաբար, հաճախական աղավաղման գործա­կի­ցը որո­շում են սահմանային ցածր fսց և բարձր fսբ հաճախու­թյուն­ների դեպ­քում: Սահ­­­­մա­նային համարվում են այն հաճա­խու­թյուն­ները, որոնց դեպ­­քում  ուժեղացման գործակիցը նվազում է մինչև  արժեքը `

Բազ­մակասկադ ուժեղարարներում հաճախական աղա­­­­­­վա­­ղում­­­նե­րի գործակիցը որոշվում է կասկադների հաճա­խա­կա­ն աղավաղ­ման գոր­ծակիցների արտադրյալով`

Ուժեղարարներում, ըստ կիրառման բնագավառի, սահ­մա­­­­նա­յին հա­­­ճա­խու­թյունները տարբեր արժեքներ ունեն: Ուժե­ղարա­րի աշխա­տան­քային հաճախական  թողանցման  որոշ­վում է fսբ - fսց մեծու­թ­յամբ, որը կոչվում է ուժեղարարի հաճա­խական թողանցման շերտ:

Ըստ հաճախական թողանցման շերտի լայնության ուժե­­­­­­ղա­­­րա­րները բաժանվում են երկու խմբի` լայնաշերտ և ընտ­րո­ղա­կան:  Լայ­նա­շերտ ուժեղարարներում fսբ >> fսց, իսկ ընտ­րողա­կան ուժեղարար­նե­րում fսց-ն մոտ է fսբ-ին: Հաս­տա­տուն հո­սան­քի ուժեղարարներում fսց-ն ձգտում է զրոյի, իսկ բարձր հաճա­խական ուժեղարարնե­րում fսբ-ն  ձգտում  է անսահ­մա­նու­թյան:

Գծային աղավաղումների մեկ այլ բաղադրիչ են փուլային  աղա­վա­ղումները: Փուլային աղավաղումները չեն ազդում ազ­դա­նշանի հա­ճախական բաղադրության և հարմոնիկների ամպ­լի­տուդների առն­չու­թյան վրա, այլ առաջացնում են  ելքա­յին ազդանշանի տեսքի փո­փո­խություն շնորհիվ` տարբեր հարմո­նիկ­ների ուժեղացման ընթաց­քում առաջացած տարբեր փուլային շեղումների:

Որոշենք այն պայմանը, որի դեպքում փուլային աղավա­ղում­նե­րը բացակայում են: Մուտքային ազդանշանի հարմոնիկ­ները նկարագր­վում են հետևյալ հավասարումով`

Ուժեղացումից հետո կստանանք`                                                                                            

Ենթադրենք`  , որտեղ ∆t - ն հաստատուն է: Այդ պայ­մանի դեպքում կստանանք`                                                                        

Վերջին հավասարումը ցույց է տալիս, որ ուժեղարարում փու­­­լային աղավաղումները բացակայում են, եթե փուլային շե­ղումները հաճա­խու­­­­թ­յունից կախված են գծային օրենքով:

>>

 

3.4. Ուժեղարարների մաթեմատիկական նկարագրությունը

Ուժեղարարի փոխանցման ‎‎‎‎Ֆունկցիան

Ուժեղարարների ուսումնասիրման և անհրաժեշտ պարա­մետ­րերով նոր ուժեղարար­ների սինթեզման ժամանակ օգտա­գործվում է ուժե­ղա­րարի մաթեմատիկական նկարագրությունը` մաթեմատի­կա­կան մոդելը: Սովորաբար ուժեղարաներում օգտա­գործվող տարրերն ունեն ոչ գծային բնութագծեր, և դրանց պարա­մետրերը կախված են ժամա­նա­կից ու շահագործման արտա­քին պայմաններից: Սակայն գործնական մի շարք խնդիր­ներում այդ գործոններով կարող է անտեսվել և ուժե­ղա­րա­րը դիտարկվել որպես գծային անընդհատ գործողության սարք: Այդ դեպքում ուժեղարարի մաթեմատիկական մոդելի կազ­­մ­­ման համար կարող է օգտագործվել հաստատուն գործա­կից­ներով դիՖերեն­ցիալ հավասարումների համակարգը:  

Ուժեղարարի մաթեմատիկական մոդելը օպերատորային տես­քով կարող է նկարագրվել հետևյալ դիֆերենցիալ հավասա­րումով`  

որտեղ uե, uմ - ն ելքա­յին և մուտքային լարումների ակնթար­թա­յին ար­ժեք­­ներն են,  ai, bi - ն` հաստատուն գործակիցներ են և որոշ­­վում են ուժեղարարում օգտագործված տարրերի (օրինակ` R,C,L ) պարա­մետ­­րե­­րի գումարով ու արտադրյալով:

Ուժեղարարի փոխանցման ֆունկցիան կլինի`                                       

Փոխանցման ֆունկցիայի համարիչի ու հայտարարի բազ­­ման­դամ­ները արտահայ­տե­լով արտադրիչներով` կստա­նանք                                                                 

որտեղ k, f. d  մեծությունները կախված են դիֆերենցիալ հավա­սարման m և n գործակիցներից և k ≤ m, d ≤ f ≤ n : 

(3.17) - ից եզրակացնում ենք, որ յուրա­քան­չյուր ուժեղարարի փո­խանցման ֆունկցիա կարող է ներկա­յաց­վել մի քա­նի պարզ փո­խանց­ման ֆունկցիաների արտադրյա­լով: Այդ դեպքում յուրաքանչյուր պարզ փոխանցման ֆունկցիա իրականացնելով հա­մա­պատասխան տի­պային օղակով (շղթա­յով)` հնա­րավոր է ցանկացած ուժեղարար ներկա­յացնել մի քանի տի­պային օղակների կասկադային միացումով: 

>>

 

3.5. Ուժեղարարների հաճախական բնութագծերը

Ուժեղա­րարի հաճախական հատկությունները նկա­րա­­գր­վում են ամպլիտուդափուլային բնութագծով: Ամպլի­տու­դա-փուլային բնու­թա­գիծը կարող ենք որոշել ուժեղարարի փոխան­ց­ման ֆունկցիայում փոխա­ր­ինելով p = jω-ով

որտեղ     փոխանցման ֆունկցիայի իրական և կեղծ մա­­սերն են: Ամպլիտուդա-փուլային բնու­թա­գիծը կառուց­ված P և jQ կոոր­դինատներով և կոչվում է ուժեղարարի հոդոգրաֆ (նկ.3.8,ա): Հոդո­գրա­ֆի տես­քով կարող են որոշվել ուժեղարարի հիմ­նական հատ­կա­­նիշ­ները: Սակայն ուսումնասիրությունների ժա­մանակ լայն կիրառու­թյուն են գտել լոգա­րիթ­մական ամպլի­տու­դա-հաճախական և  փուլա-հաճախական բնութա­գծերը` կառուցված որպես անկախ բնու­թա­գծեր: Լոգարիթմա­կան ամպլիտուդա-հաճախական բնութագիծ (ԼԱՀԲ) և փուլա-հաճա­խական (ՓՀԲ) անվանում են հետևյալ առնչություն­ները`

          (3.17) - ից կարող ենք գրել`

Վերջին արտահայտությունները ցուց են տալիս, որ  ուժեղա­րա­րի լո­­գա­րիթմական ամպլիտուդա - հաճախական և փու­լա -­ հաճախական բնութագծերը կարող են կառուցվել տարրա­կան օղակների լո­գա­րիթ­մա­կան ամպլիտուդա-հաճա­խական և փուլա-հաճախական բնութագծե­րի հանրահաշ­վական գումա­րու­մով:

Դիտարկենք այդ բնութագծերի կառուցման եղանակը`

ա) կազմում են սխեմայի տարրերին կիրառված լարում­ների և դրան­­ցով հոսող հոսան­ք­ների միջև առնչությունները,

բ) օգտվելով ստացված առընչություններից` գրում են ուժ­ե­­­­­ղա­­րա­րի մուտքային և ելքային լարումների միջև կապը բարձր կարգի դիֆե­րեն­ցիալ հավասարման տեսքով: Դիֆերեն­ցիալ հա­վա­սարման կարգը հա­վասար է ուժեղարարում միաց­ված ռեակ­տիվ տարրերի թվին,

գ) դիֆերենցիալ հավասարումը պատկերում են օպերա­տո­րային տեսքով, և կազմում են ուժեղարարի փոխանցման ֆունկ­­ցիան,

դ) փոխանցման ֆունկցիան վերածում են տարրական օղակ­­ների  փոխանցման ֆունկցիաններին համապատասխանող ար­տադրիչների,

ե) կառուցում են տարրական օղակների հաճախական բնութա­գծերը, և դրանց գումարումով ստանում ուժեղա­րարի լոգարիթմական ամպլիտուդա-հաճախական ու փու­լա-հա­ճախական բնութա­գծե­րը:     

Հաճախական բնութագծերը կարող են կառուցվել ավելի պարզ եղանակով: Ուժեղարարի սխեման բաժանում են տարրական օղակնե­րի: Կառուցում են դրանց հաճախական բնութագծերը և վերջիննե­րիս գումարումով կառուցում ուժե­ղա­րարի հաճախական բնութա­գծերը:

Գործ­­նական սխեմաներում ԼԱՀԲ-ների կառուցման ժամա­նակ օգ­տա­գործ­վում են ասիմպտոտային բնութագծեր, որոնք ներ­կայացվում են n.20-դԲ/դեկ թեքությամբ գծային հատվածներով (n-ը ամբողջական թիվ է): Նման մոտեցումը հնարավորություն է ընձեռում լուծելու հակա­ռակ խնդիրը, այն էէ ունենալով ԼԱՀԲ-ը, որոշել ուժեղարարի կառուց­ված­քային սխեման: Այդ խնդիրը լուծ­վում է հետևյալ ալգորիթմով`

ա) ուժեղարարի  հատկանիշներով կառուցում են ԼԱՀԲ - ը,

բ) կառուցված ԼԱՀԲ - ը պատկերում են տարրական օղակ­­ների բնու­թագծերի գումարի տեսքով, 

գ) յուրաքանչյուր անջատված տարրական օղակի բնու­թա­գծին հա­­մա­պատասխան ընտրում են օղակի էլեկտրական սխե­ման, և հաշ­­­­վում` սխեմայի պարամետրերը,

դ) ընտրված օղակների սխեմաները միացնում են հաջոր­դաբար և ստանում անհրաժեշտ ուժեղարարի սխեման:

Վերոհիշյալ եղանակը կիրառելի է միայն ազդանշանի միա­կող­մա­նի փոխանցման դեպքում, այսինքն այնպիսի սխեմա­ներում որտեղ հա­ջորդ օղակ­­­նե­­րի պարամետրերի փոփոխությունը չի ազ­դում նախորդ օղակ­ների պա­րա­մետ­րերի վրա: Դրանից  բխում է, որ օղակների միջև պետք է միաց­­նել միակողմանի փո­խանցում ապա­­հովող շղթաներ, և հաջորդա­բար միաց­ված օղակ­ների ժա­մանակի հաստատունները պետք է զգա­լիո­րեն իրա­րից տար­բերվեն:

Դիտարկենք նկ.3.8,բ-ում բերված է ԼԱՀԲ-ով ուժեղա­րա­րի սխե­­­­մայի կառուցումը: Այդ ԼԱՀԲ-ը կարող ենք դիտարկել որպես K1(ω), K2(ω), K3(ω)  ԼԱՀԲ- ներով կազմված օղակների հա­­­ջոր­դա­կան միաց­ված ուժե­ղարարի ԼԱՀԲ (նկ.3.8,գ): K2(ω) և K3(ω)  ԼԱՀԲ-ները իրակա­նաց­վում են R1, C1 և R2, C2  տարրերով  կազմ­­ված  օղակներով,  իսկ  K1(ω) – ն` ուժե­­­­­ղա­­րարով  (նկ.3.8,դ):

>>

 

3.6.  Հետադարձ կապն ուժեղարարներում

Ուժեղարարների պարամետրերի և բնութագծերի ցան­կա­լի փո­փո­խու­թյունների նպատակով ուժեղարարի ելքային ազդա­­­նշանը կամ դրա մի մասը փոխանցվում է մուտքին` ստեղծելով հե­տադարձ կապ ուժե­ղա­րա­րում: Այդպիսի ուժեղարարները կո­չ­վում են հետադարձ կա­պով ուժե­ղարարներ:

Հետադարձ կապով ուժեղարարի կառուցվածքային  սխեման  բեր­ված է նկ.3.9-ում: Սխեմայում 1-ով  նշանակված  է առանց հետա­դարձ կապի ուժեղարարը, 2-ով` հետադարձ կապի շղթան:              

Հետադարձ կապի շղթայի միջոցով ելքային ազդանշանը վերած­վում է հետա­դարձ կապի  լարման և տրվում է ուժեղա­րա­րի մուտ­­­քին, որ­տեղ հանվում է  մուտքային ազդանշանից կամ գու­մար­­վում է դրան:

Հետադարձ կապի ազդանշանը կարող է  ստացվել տար­բեր  եղա­նակ­ներով: Ըստ հետադարձ կապի ազդանշանի ստաց­ման եղանակի` ուժեղարարները բաժանվում են երեք խմբի` ըստ լարման, հոսանքի և խառը հետադարձ կապով ուժեղարարներ: Ըստ լարման հետադարձ կա­պը բերված է նկ.3.10,ա-ում: Հետա­դարձ կապի ազդանշանը ստաց­վում է ելքային լարումից Z1, Z2 ռեզիստորներից կազմված լարման բա­ժա­նիչի միջոցով:

Ըստ հոսանքի հետադարձ կապի դեպքում (նկ.3.10,բ) հետա­դարձ կապի ազդանշանը ստացվում է ելքային հոսանքից, բեռին հա­ջոր­դաբար միացված Zհկ ռեզիստորի միջոցով: Խառը հե­տա­դարձ կապով ուժեղարարներում հետադարձ կապի ազ­դա­ն­շա­նը ձևավորվում է ելքային լարման և հոսանքի համատեղ ազ­­դե­ցու­թ­յունից` Z1, Z2, Zհկ ռեզիստորների միջոցով (նկ.3.10,գ):

Հետադարձ կապի ազդանշանը ուժեղարարի մուտքային ազ­­­­­դա­­ն­շա­նի հետ կարող է միացվել հաջորդաբար (նկ.3.10,դ)  կամ զու­գահեռ (նկ.3.10,ե): Առաջին դեպքում ուժեղարարը կոչ­վում է հաջոր­դական, երկ­­րորդ դեպքում`զուգահեռ հետադարձ կա­­պով: Եթե հետա­դարձ կա­պի և մուտքային ազդանշանները փու­­լով համըն­կ­նում  են,  հետադարձ կապը  կոչվում  է  դրական, իսկ եթե դրանց միջև փու­լային շեղումը 180օ է` բա­ցասական: Բա­ցա­սա­­կան հետա­դարձ կապը կիրառվում է ուժեղա­րար­նե­րում, դրա­­կան հետադարձ կապը` գեներա­տորներում:

>>                               

 

3.6.1.  Հետադարձ կապի ազդեցությունն ուժեղարարի պարամետրերի վրա

Ուժեղարարներում մեծ կիրառություն է գտել ըստ լար­ման հա­­ջոր­դական հետադարձ կապը: Որոշենք այդ հետա­դարձ կապի ազդեցու­թյունն ուժեղարարի պարամետրերի վրա (նկ.3.11):

Ուժեղացման գործակից: Առանց հետադարձ կապի ուժե­ղա­­րա­րի ուժեղացման, հետադարձ կապի շղթայի փոխանց­ման և հետադարձ կա­­պով ուժեղարարի ուժեղացման գործակից­ները որոշվում են հետևյալ հավասարումներով`

Ելքային լարման համար կարող ենք գրել` Uե = KuU: Դրական հե­տադարձ կապի դեպքում` U = Uմ + Uհկ , իսկ բա­ցա­սական հետադարձ կապի դեպքում` U = Uմ - Uհկ:

Տեղադրելով ելքային լարման հավասարման մեջ U-ի ար­տա­­հայ­տու­թյունները` կստանանք

Վերջին հավասարումը բաժանելով Uմ-ի` կունենանք

(3.22)-ից բացասկան և դրական հետադարձ կապով ուժեղա­րար­նե­րի ուժեղացման գործակիցները կորոշվեն հետևյալ ար­տա­հայտություն­ներով `              

Այսպիսով, կարող ենք եզրակացնել, որ ըստ լարման  հա­ջոր­­դա­կան ­բացասական հետադարձ կապը փոքրացնում է ուժե­ղա­րարի ուժե­ղաց­ման գործակիցը (1+Kuγu)  անգամ, իսկ դրա­կան հետադարձ կա­պը մեծացնում է այն:

Ուժեղացման գործակցի անկայունություն: Ուժեղարարի ուժե­ղաց­ման գործակիցը փոփոխվում է արտաքին գոր­­ծոններից (շրջա­պա­տի ջերմաստիճանի, սնման աղբյուրի լարման և այլ փոփոխություն­նե­րից): Հետադարձ կապը ազդում է ուժեղարարի ուժեղացման գոր­ծակ­­ցի անկայունության վրա: Ուժեղացման գոր­ծակցի անկայունությու­­նը գնա­հատվում է անկայունության dKu / Ku գործակցով:

Որոշենք ըստ լարման հաջորդական բացասական հետա­դարձ կա­պի ազդեցությունը անկայունության գործակցի վրա: Այդ նպատա­կով դիֆերենցենք (3.23) հավասարումը` հաշվի առ­­նե­լով,  որ հետա­դարձ կա­պի շղթայի γu փոխանցման գործակիցը նույնպես կա­րող է փոփոխ­վել`

Բաժանելով վերջին արտահայտությունը (3.23)-ի վրա կստա­­­­­­նանք`

(3.26) հավասարման աջ մասը բաղկացած է երկու ար­տա­­դ­րիչնե­րից: Առաջին բաղադրիչը պայմանավորված է առանց  հե­տա­­­դարձ կա­պի  ուժեղարարի  ուժեղացման Ku  գործակցի ան­­կա­յունությամբ, իսկ երկ­րորդ  բաղադրիչը` հետադարձ կապի շղթայի փոխանցման γu գոր­ծակ­ցի անկայունությամբ:

Եթե հետադարձ  կապի  շղթան  կայուն է γu = const.,  (3.26) հա­­վա­­­­սարումը ընդունում է հետևյալ տեսքը`

Վերջին հավասարումը ցույց է տալիս, որ ըստ լարման հա­ջորդա­կան  բացասական հետադարձ կապը ուժեղացման գոր­ծակ­ցի ան­կայու­­­նու­թյան գործակիցը փոքրացնում է (1+ γuKu) անգամ: Խորը հա­ջոր­դա­կան  բա­ցա­­սական  հետադարձ կապի դեպքում ունենք Ku γu >>1 պայ­մանը և համաձայն (3.23)  հավասարման` ուժեղա­րա­րի ուժեղացման գործա­կիցը կլինի`

Նշանակում է ուժեղացման գործակիցը կախված է միայն  հե­տա­­դարձ կապի շղթայի γu փոխանցման գործակցի կայունու­թ­­­յու­­նից և  միաց­նե­լով  այդ շղթայում կայուն γu գործակցով շղ­թա, կա­­րող ենք կայունաց­նել  ուժեղարարի ուժեղացման Ku գոր­ծա­­կիցը:

Հաջորդական դրական հետադարձ կապի դեպքում դիֆե­րեն­­ցելով (3.24) հավասարումը և դիտարկելով  γu= const  պայ­մա­նը` կստանանք

                      (3.29)

Եզրակացնում ենք, որ հաջորդական դրական հետադարձ կապը մեծաց­նում է ուժեղարարի ուժեղացման գործակցի անկա­յունության գործակիցը:

Հետադարձ կապով ուժեղարարի մուտքային դիմադրու­թյուն: Առանց հետադարձ կապի ուժեղարարի մուտքային դի­մա­դ­­­րու­թյու­նը որոշվում է Zմ = U / I արտահայտությամբ:      

Բացասկան հետադարձ  կապով ուժեղարարի համար մուտ­քային  դիմա­դ­­րու­­թյունը կլինի`

Դրական հետադարձ կապի դեպքում կունենանք`

(3.30), (3.31) հավասարումներից բխում է, որ հաջոր­դա­կան  բա­ցա­­սական հետադարձ կապը մեծացնում է ուժեղա­րա­րի մուտ­­­քային դի­մադրությունը (1 + Kuγu) անգամ, իսկ դրա­կան հե­տա­դարձ կապը  փոք­րացնում  է  այն (1 - Kuγu) անգամ:

 Հետադարձ կապով ուժեղարարի ելքային դիմադրություն:     Հետադարձ կապն ազդում է նաև ուժեղարարի ելքային դի­­մա­­դ­­­րու­թյան վրա:

Առանց հետադարձ կապի ուժեղարարի ել­քա­­յին դիմադրու­թյունը որոշվում է հետևյալ բանաձևով`