ՀԱՅԱՍՏԱՆԻ ՀԱՆՐԱՊԵՏՈՒԹՅԱՆ ԿՐԹՈՒԹՅԱՆ

ԵՎ ԳԻՏՈՒԹՅԱՆ ՆԱԽԱՐԱՐՈՒԹՅՈՒՆ

ՀԱՅԱՍՏԱՆԻ ԱԶԳԱՅԻՆ ՊՈԼԻՏԵԽՆԻԿԱԿԱՆ ՀԱՄԱԼՍԱՐԱՆ

ՌԱԴԻՈՏԵԽՆԻԿԱՅԻ ԵՎ ԿԱՊԻ ՀԻՄՈՒՆՔՆԵՐԻ  ԱՄԲԻՈՆ

 

ԱՐԱՄՅԱՆ Հ. Լ.

  

ԱՆԱԼՈԳԱՅԻՆ  ԷԼԵԿՏՐՈՆԱՅԻՆ ՍԽԵՄԱՏԵԽՆԻԿԱ

ՈՒսումնական ձեռնարկ

 

 

 

 

ԵՐԵՎԱՆ

ՃԱՐՏԱՐԱԳԵՏ

2016

ՀՏԴ   621.31

 

Անալոգային էլեկտրոնային սխեմատեխնիկա: ՈՒսում­նական ձեռնարկ:

Հ. Լ. Արամյան: Համակարգչային ձևավորումը` Լ. Շ. Արամյանի:

Հայաստանի պետական ճարտարագիտական համալսարան: Երևան  2016թ., 221 էջ:

ՈՒսումնական ձեռնարկը կազմված է «Անալոգային էլեկտ­րո­­նային սխեմատեխնիկա» դասընթացի ծրագրին համապա­տաս­խան: Այն հնարավորություն է ընձեռում ուսանողներին գիտե­լիք­ներ ձեռք բերել ռադիոէլեկտրոնային սարքերի սխեմա­տեխ­­նիկական լուծումների վերաբերյալ:

Ձեռնարկում ընդգրկված են պարզագույն պասիվ և ակտիվ RC զտիչների վարքը հաճախային և ժամանակային հարթու­թյուններում, ուժեղարարների պարամետրերն ու բնութագ­րե­րը: Հատուկ ուշադրու­թյան են արժանացել աղմուկները, հետադարձ կապը, դրանց ազդեցությունն ուժեղարարի պարամետրերի ու բնութա­գրերի վրա: Նկարագրված է կիսահաղորդչային սարքերի աշխատանքի սկզբունքը, բերված են տրանզիստորային ուժեղարարների, հոսանքի գեներատորների, ցածր հաճախու­թյան և ռադիոհաճախության տատանումների գեներատորների աշխատանքը, սխեմատեխ­նի­կան և հաշվար­կային  առնչու­թյունները, որոնք լուսաբանված են հարուստ գրաֆիկական նյութով:

Նախատեսված է 210.300 մասնագիտության ուսանող­ների համար:

Նկ.` 176, գրակ.` 9 անուն:

 

Խմբագիր`                                        Ն. Ա. Խաչատրյան

Գրախոսներ`                                  Ա. Մ.  Դեմիրխանյան,  Վ. Գ.  Խաչատրյան

 

 

ԲՈՎԱՆԴԱԿՈՒԹՅՈՒՆ

 

ՆԵՐԱԾՈՒԹՅՈՒՆ

1.  ՊԱՍԻՎ  RC  ԶՏԻՉՆԵՐ

1.1. Ցածր հաճախության զտիչ

1.2. Բարձր հաճախության զտիչ

1.3. Շերտային զտիչ

1.4. Վին – Ռոբինսոնի կամրջակ

1.5. Կրկնակի T կամրջակ

1.6. Տատանողական կոնտուր

1.6.1. Հաջորդական տատանողական կոնտուր

1.6.2. Զուգահեռ տատանողական կոնտուր

2. ԱՂՄՈՒԿՆԵՐ

2.1. Ջերմային(Ջոնսոնի) աղմուկը

2.2. Կոտորակային աղմուկը

2.3. Ֆլիկեր-աղմուկը

2.4. Ֆոնը

3. ԿՀ  ՏԱՐՐԵՐՆ  ՈՒ  ԴՐԱՆՑ ԿԻՐԱՌՈՒՄԸ

3.1. Կիսահաղորդչային դիոդ

3.1.1. Դիոդի աշխատանքային ռեժիմը

3.1.2. Փոփոխական հոսանքի ուղղումը

3.2. Ստաբիլիտրոն

3.3. Լուսադիոդ  

3.4. Ֆոտոդիմադրություն

3.5. Ֆոտոդիոդ

3.6. Վարիկապներ

3.7. Թունելային դիոդներ

3.8. Կիսահաղորդչային ԳԲՀ դիոդներ

3.9. Հեղեղաթռիչքային դիոդ

3.10. Գանի դիոդ

3.11. Տրանզիստորներ    

3.11.1. Երկբևեռ տրանզիստորի կառուցվածքն ու աշխա­տանքը

3.11.2.  Երկբևեռ տրանզիստորի բնութագրերը

3.11.3. Երկբևեռ տրանզիստորի պարամետրերը

4. ՈՒԺԵՂԱՐԱՐՆԵՐ

4.1. ՈՒժեղարարների դասակարգումը

4.2. ՈՒժեղարարի պարամետրերը

4.3. ՈՒժեղարարի բնութագրերը

4.3.1 ՈՒժեղարարի բնութագրերը կայացած ռեժիմում

4.3.2. ՈՒժեղարարի բնութագրերը անցումային ռեժիմում

4.4. Ազդանշանի աղավաղումները

4.4.1. Գծային աղավաղումները

4.4.2. Ոչ գծային աղավաղումները

4.5. Հետադարձ կապ

4.5.1. Ըստ մուտքի և ելքի հաջորդական հետադարձ կապ

4.5.2.  Ըստ մուտքի և ելքի զուգահեռ հետադարձ կապ

4.5.3. Ըստ մուտքի` զուգահեռ և ըստ ելքի` հաջորդական հետադարձ կապ(հիբրիդային կապ)

4.5.4. Հետադարձ կապի ազդեցությունն  ուժեղարարի պարամետրերի, աղմուկի և աղավաղումների վրա

4.6. Տրանզիստորային ուժեղարարները

4.6.1. Ընդհանուր էմիտերով(ԸԷ) ուժեղարարները

4.6.2.  Ընդհանուր բազայով (ԸԲ) ուժեղարարը

4.6.3. Ընդհանուր կոլեկտորով ուժեղարարը(էմիտերային կրկնիչը)

4.6.4. Տրանզիստորի հաճախային հատկությունները

4.6.5. Կասկոդային ուժեղարարը

4.7. Դարլինգթոնի սխեման

4.8. Ղեկավարող p-n անցումով ԴՏ ուժեղարարները

4.8.1. Ղեկավարող p-n անցումով տրանզիստորով ուժեղարարները

4.9. Մեկուսացված փականով ԴՏ ուժեղարարներ

4.9.1. Մեկուսացված փականով ներդրված ուղիով(ՆՈՒ) դաշտա­յին տրանզիս­տորները

4.9.2. Մակածված ուղիով(ՄՈՒ) դաշտային տրանզիստորներ

4.9.3. Դաշտային տրանզիստորի ջերմակայուն կետը

4.10. Բազմաստիճան ուժեղարարներ

4.10.1. ՈՒնակային կապով ուժեղարար

4.10.2. Ինդուկտիվ կապով ուժեղարար

4.10.3. Անմիջական կապով ուժեղարար

4.11. Հոսանքի գեներատորներ

4.11.1. Երկբևեռ տրանզիստորներով հոսանքի գեներա­տորներ

4.12. Հաստատուն հոսանքի ուժեղարարներ

4.13. Դիֆերենցիալ ուժեղարարներ

4.14. Օպերացիոն ուժեղարարներ

4.14.1. Օպերացիոն ուժեղարարի հաճախային հատկու­թյուն­ները

4.14.2. Շրջող ուժեղարար

4.14.3. Չշրջող ուժեղարար

4.15. Երկտակտ ուժեղարարներ

4.15.1. B ռեժիմը

4.15.2. Տրանսֆորմատորային երկտակտ ուժեղարարները

4.15.3. Ոչ տրանսֆորմատորային ելքով երկտակտ ուժեղա­րարները

4.16. Ոչ գծային ուժեղարարներ

4.17. Հաճախության բազմապատկիչ

5. ԱԿՏԻՎ  RC ԶՏԻՉՆԵՐ

5.1. Ակտիվ ՑՀ զտիչներ

5.1. Ցածր հաճախության ակտիվ զտիչներ

5.1.1. Ցածր հաճախության զտիչ չշրջող ուժեղարարով ցածր հաճախության զտիչ

5.1.2. Ցածր հաճախության ակտիվ զտիչ շրջող ուժեղարարով

5.2. Ակտիվ ԲՀ զտիչներ

5.2.1. Լրիվ դիմադրության փոխարկչով բարձր հաճա­խու­­թյան զտիչ

5.2.2. Շրջող ուժեղարարով բարձր հաճախության զտիչ

5.3. Բարդ բացասական հետադարձ կապով շերտային զտիչ

6. ՏԱՏԱՆՈՒՄՆԵՐԻ ԳԵՆԵՐԱՑՈՒՄԸ

6.1. ՑՀ տատանումների գեներատորներ

6.2. ԲՀ տատանումների գեներատորներ

6.2.1. Հաճախության պարամետրական կայունացումը

6.2.2. Հաճախության պարամետրական կայունացումը

ԳՐԱԿԱՆՈՒԹՅՈՒՆ

 

 

ՆԵՐԱԾՈՒԹՅՈՒՆ

 

Սխեմատեխնիկան որևէ ռադիոէլեկտրոնային սարքի նախա­գծման հիմքը և միջոցն է. առաջինը կատարում են սարքի սխեմատեխնիկական հաշվարկ, ապա նոր միայն հուսալիու­թյան, ջերմատեխնիկական, մակաբույծ կապերի, մեխանիկական ամրության և այլ հաշվարկներ:

Ըստ մշակվող սարքի սխեմատեխնիկան լինում է հանգունային(անալոգային) և թվային. առաջինն զբաղվում է հանգունային, երկրորդը` թվային սարքերով:

Հանգունային են կոչվում այն սարքերը, որոնց գործառույթը հանգունային ազդանշանի մշակումն է, և թվային են կոչվում այն սարքերը, որոնց գործառույթը թվային ազդանշանի մշակումն է:

Հանգունային է կոչվում տվյալների այն ազդանշանը, որի յուրաքանչյուր պարամետր նկարագր­վում է անընդհատ ժամա­նա­կային ֆունկցիայով և հնարավոր արժեքների անընդհատ բազմությամբ:

Թվային է կոչվում տվյալների այն ազդանշանը, որի յուրա­քան­չյուր պարամետր նկարագր­վում է ընդհատ ժամանա­կային ֆունկցիայով և հնարավոր արժեքների ընդհատ բազմությամբ:

Հանգունային սարքեր են գծային և ոչ գծային ուժեղա­րարները, հաճախության փոխակերպիչներն ու բազմապատկիչ­ները, ներդաշնակ ազդանշանի գեներատորները, լայնութային, հաճախային և փուլային դետեկտորները, պասիվ և ակտիվ  զտիչները և այլն:

Ռադիոէլեկտրոնային սարքերի մեծագույն մասը պարունա­կում է ուժեղարար կոչվող սարք, որի ուսումնասիրմանն է հիմնականում նվիրված այս դասընթացի հիմնական մասը:

>>

 

 

1. ՊԱՐԶԱԳՈՒՅՆ  ՊԱՍԻՎ  RC  ԶՏԻՉՆԵՐ

ՈՒժեղացումն իրականացվում է ուժեղարար կամ ակտիվ տարրերի` լամպերի, տրանզիստորների, ինտեգրալ որոշ սխե­մա­­­ների, հագեցման դրոսելների(մագնիսական ուժեղարար­նե­րում), վարիկապերի կամ վարակտորերի(ունակային ուժեղա­րար­ներում) և այլ տարրերի միջոցով:

Յուրաքանչյուր տարր հաճախության որոշ տիրույթում դրսևոր­ում է և’ ինդուկտիվ, և’ ռեզիստիվ, և’ ունակային հատ­կություններ, հետևաբար` դրանցից յուրաքանչյուրի հատկու­թյունները կախված են ազդանշանի հաճախությունից, ուստի հանգունային սարքերի հաճախային հատկությունները լավ ըմբռնելու համար նպատակահարմար է նախ ուսումնասիրել պարզագույն պասիվ զտիչները:

Նախ դիտենք հետևյալ շղթան, որը կոչվում է լարման բաժանիչ(նկ. 1):

Նրա ելքում լարումը`

Ինչպես տեսնում ենք ելքային լարումը կախված չէ մուտքային ազդանշանի հաճախությունից և ելքում ու մուտքում ազդանշանները համափուլ են: Այլ պատկեր է ստացվում, երբ բաժանիչի տարրերից մեկը ռեակտիվ է. այդ դեպքում բաժանիչը ձեռք է բերում հաճախընտրուն հատկություններ:

Այն սարքը, որը մուտքային ազդանշանի տարբեր հաճա­խաշերտեր  փոխանցում է ելք տարբեր մարումներով և հապա­ղում­ներով, կոչվում է զտիչ:

>>

 

 

1.1. ՑԱԾՐ  ՀԱՃԱԽՈՒԹՅԱՆ(ՑՀ)  ԶՏԻՉ

Այս զտիչը ցածր հաճախության ազդանշանները փոխան­ցում է ելք գրեթե առանց փոփոխության,  իսկ բարձրերը` մեծ մարմամբ և հհապաղմամբ:

Ցածր հաճախության պարզագույն RC զտիչի էլեկտրական սկզբունքային սխեման բերված է նկ. 2 – ում:            

Այն 1-ին կարգի զտիչ է(զտիչի կարգը որոշվում է նրանում պարունակվող ռեակտիվ տարրերի թվով):

Զտիչի մուտքային  կոմպլեքս դիմադրությունը`

,

ելքայինը`

Փոխանցման գործակիցը`

Փոխանցման գործակցի մոդուլը`

ելքային լարման փուլը`

Նկ. 3–ում բերված է(կիսալոգարիթմական մասշտաբով) ՑՀ RC զտիչի լայնութահաճախային, իսկ նկ. 4 –ում` փուլահա­ճախային բնութագիրը:

 Հաճախային հարթությունում զտիչի հատկությունները բնո­րոշվում են նրա լայնութահաճախային բնութագրով, որի շրջման կետը համապատասխանում է   մակար­դակին: Ազդանշանի նվազման դիքությունը կազմում է 6 դԲ/օկտավ:

Հատման հաճախությունը`

Հաջորդաբար միացած n թվով միատեսակ զտիչներից կազմված(n-օղականի) զտիչի հատման հաճախությունը`

որտեղ f_Հ-ն յուրաքանչյուր զտիչի հատման հաճախությունն է:

Ժամանակային հարթությունում ցածր հաճախության զտիչն ինտեգրատոր է: Նկ. 5-ում բերված է ինտեգրատորի արձագանքը մուտքային թռիչքաձև փոփոխվող ազդանշանին:

Ելքային լարման  փոփոխման  օրենքը ժամանակային   միջակայքում`  

 

   Ինտեգրատորը նաև միջին արժեքի ձևավորիչ է.  

որտեղ առաջին գումարելին փոփոխական բաղադրիչն է կամ բաբախումը, երկրորդը` միջին արժեքը: ժամանակի    հաստա­տունի բավականաչափ մեծ արժեքների դեպքում փոփոխական բաղադրիչն անտեսելի է, և ելքային լարումը`

Ցածր հաճախության զտիչի տարատեսակներից է համեմա­տական ինտեգրող զտիչը, որի էլեկտրական սկզբունքային սխեման բերված է նկ.6–ում, լայնութահաճախային բնութագիրը` նկ  7-ում, իսկ փուլահաճախայինը` 8-ում:

Շղթայի մուտքային  կոմպլեքս դիմադրությունը`

ելքային  կոմպլեքս դիմադրությունը`

 

փոխանցման գործակիցը`

Վերոբերյալ եղանակով կորոշենք փոխանցման գործակցի մոդուլը`

 

Համեմատականության m գործակիցը վերցվում է 0,03...0,3 սահմաններում:

Ելքային ազդանշանի փուլը`

>>

 

 

1.2. ԲԱՐՁՐ ՀԱՃԱԽՈՒԹՅԱՆ(ԲՀ) ԶՏԻՉ

Բարձր հաճախության զտիչը բարձր հաճախության մուտքային ազդանշանները ելք է հաղորդում գրեթե առանց փոփոխության, մարման իսկ ցածր հաճախության ազդանշան­ները` մեծ մարմամբ և հհապաղմամբ:

Բարձր հաճախության RC զտիչի էլեկտրական սկզբունքային սխեման բերված է նկ. 9–ում: Այն նույնպես 1-ին կարգի զտիչ է:

Զտիչի փոխանցման գործակիցը`

հատման հաճախությունը`

ելքային ազդանշանի փուլը`

Նկ. 10-ում բերված է ԲՀ RC զտիչի լայնութահաճախային բնութագիրը, նկ. 11-ում`փուլահաճախային բնութագիրը:

 

 

Ժամանակային հարթության մեջ ԲՀ զտիչն ածանցիչ է: Մուտքային ուղղանկյուն իմպուլսներն այդ զտիչով անցնելիս վերածվում են սրածայր իմպուլսների(նկ. 12):

 

>>

 

1.3. ՇԵՐՏԱՅԻՆ ԶՏԻՉ

Այս զտիչը  միջին հաճախությունները փոխանցում է փոքր մարմամբ, բարձրերն ու ցածրերը` մեծ մարմամբ և հապաղ­մամբ:

Շերտային զտիչի էլեկտրական սկզբունքային սխեման բեր­ված է նկ. 13–ում, լայնութահաճախային բնութագիրը(կիսալո­գա­րիթ­մական մասշտաբով)` նկ. 14–ում, իսկ փուլահաճախայինը` նկ. 15 – ում:

Զտիչի փոխանցման գործակիցը`

ելքային ազդանշանի փուլը`

հատման հաճախությունը`

Զտիչի դիմադրությունը f_Ռ հաճախությունից ցածր հաճա­խու­թյուններում դրսևորում է ունակային, բարձր հաճախություն­ներում` ինդուկտիվ, իսկ f<sub>Ռ</sub> դեպքում` ռեզիստիվ բնույթ:

>>

 

 

1.4. ՎԻՆ – ՌՈԲԻՆՍՈՆԻ ԿԱՄՐՋԱԿ

Վին–Ռոբինսոնի կամրջակի էլեկտրական սկզբունքային սխեման բերված է նկ. 16–ում, լայնութահաճախային բնու­թագիրը` նկ. 17 – ում, իսկ փուլահաճախայինը` նկ. 18–ում:

Զտիչի փոխանցման գործակիցը`

ելքային ազդանշանի փուլը`

 

 

հատման հաճախությունը`

>>

 

 

1.5.  ԿՐԿՆԱԿԻ   T   ԿԱՄՐՋԱԿ

Կրկնակի T կամրջակի էլեկտրական սկզբունքային սխեման  բերված է նկ. 19–ում, լայնութահաճախային բնութագիրը` նկ. 20–ում, իսկ փուլահաճախայինը` նկ. 21–ում:

 

 

 

Զտիչի փոխանցման գործակիցը`

,

ելքային ազդանշանի փուլը’

հատման հաճախությունը`

Թեև այս բաժինը նվիրված է RC զտիչներին, սակայն վերջում համառոտ արծարծենք ռադիոէլեկտրոնի­կայում լայնորեն կիրառվող LC կոնտուրները:

>>

 

 

1.6. ՏԱՏԱՆՈՂԱԿԱՆ ԿՈՆՏՈՒՐ

1.6.1. Հաջորդական տատանողական կոնտուր(նկ. 22).

Լրիվ դիմադրությունը`

ռեզոնանսային հաճախությունը`

ռեզոնանսային դիմադրությունը`

թողաշերտի լայնությունը(նկ. 23)`

բնորոշ դիմադրությունը`

կոնտուրի բարորակությունը`

 

>>

 

1.6.2. Զուգահեռ տատանողական կոնտուր(նկ. 24).

Լրիվ դիմադրությունը`

ռեզոնանսային հաճախությունը`

թողաշերտի լայնությունը(նկ. 25)`

բնորոշ դիմադրությունը`

կոնտուրի բարորակությունը`

ռեզոնանսային դիմադրությունը`

>>

 

 

2. ԱՂՄՈՒԿՆԵՐ

Մուտքային­ ազդանշանի(օգտակար, թե` անօգտակար) բա­ցա­­­կայության դեպքում ուժեղարարի ելքում հայտնված ուժեղաց­ման արգասիքը կոչվում է աղմուկ: Դրանք տարաբնույթ են և ուղեկցում են գրեթե բոլոր ռադիոէլեկտրոնային սարքերին:

 

2.1. ՋԵՐՄԱՅԻՆ(ՋՈՆՍՈՆԻ)  ԱՂՄՈՒԿ

Ջերմային աղմուկը հավասարակշիռ աղմուկ է, որը պայմա­նավորված է հաղորդչում լիցքակիրների ջեր­մային շարժմամբ, ինչի արդյունքում հաղորդչի ծայրե­րում առա­ջանում է պոտեն­ցիալների ծփացող տարբերություն:

Ռեակտիվ շղթաները ջերմա­յին աղմուկ չունեն:

Այս աղմուկի միջին քառակուսային լարումը կախված է միայն նմուշի R ակտիվ դիմադրությունից և T ջերմաստիճանից ու հաշվվում է Նայքվիստի բանաձևով՝

որտեղ   Բոլցմանի հաստատունն է, T-ն` ջերմա­դինամիկական ջերմաստիճանը, իսկ    այն հաճախա­շերտը, որտեղ կատարվում են չափումները:

Ծփանքային էլշուն կախված է ջերմադինամիկական ջերմաստիճանից և հաղորդչի    դիմադրության R ակտիվ բաղադրիչից(Նայքվիստի բանաձև)`

Սենյակային պայմաններում 1 Հց հաճախաշերտում 1 Օհմ դիմադրությամբ հաղորդիչն ստեղծում է

հզորությամբ էլշու:

Ջերմային աղմուկի սպեկտրային խտությունը՝ S_f = 4kTR, կախված չէ հաճախությունից, այդ պատճառով այն կարելի է դիտարկել հաճախությունների լայն տիրույթում, ինչպես սպի­տակ աղմուկի դեպքում, և մնում է հաստատուն ընդհուպ մինչև

հաճախությունը, որտեղ ℏ -ը Պլանկի նորմավորված հաս­տատունն է`

T=300 Կ դեպքում` f_m ≈ 6⋅10¹² Հց:

Համաձայնեցման դեպքում բեռին է տրվում աղմուկի  հզորության քառորդ մասը`

Այսպիսով, յուրաքանչյուր շղթա կարելի է ներկայացնել անկախ աղմկային էլշուի աղբյուրի տեսքով, որի հաճախու­թյուններն ընկած են  տիրույթում, ընդ որում վերջինիս մեջտեղում ներքին դիմադրությունը` Z=R + jX : 

Եթե շղթան կազմված է երկու զուգահեռ ճյուղերից, ապա հարմար է շղթան ներկայացնել անկախ`

հոսանքով աղմկային հոսանքի գեներատորի տեսքով, որի հաղորդականությունը`

Ոչ լարային դիմադրիչներն աղմուկի ավելի բարձր մակարդակ են ստեղծում, քան լարայինները(այդ երևույթը նկա­տելի է միայն դիմադրիչի միջով հոսանքի անցման ժամանակ), ընդ որում` անվանական հզորությանը համապատաս­խան հոսանքի դեպքում աղմուկի մակարդակը մի քանի անգամ կարող է գերազանցել Նայքվիստի բանաձևով հաշվված արժեքը:

>>

 

2.2. ԿՈՏՈՐՈԿԱՅԻՆ  ԱՂՄՈՒԿ

Կոտորակային աղմուկը ռադիո­էլեկտրոնային սարքերի շղթաներում լարման և հոսանքի անկանոն ծփանքներ են` իրենց միջին արժեքի նկատմամբ, որոնք պայմանավորված են լիցքա­կիրների՝ էլեկտրոնների, ընդհա­տությամբ: Կոպիտ ասած` յուրաքանչյուր էլեկտրոնի «ժամա­նումն»  ուղեկցվում է շղթայում հոսանքի ցայտով: 

Ի տարբերություն էլեկտրոնների ջերմային շարժումից ծագած ջերմային աղմուկի` կոտորակային աղմուկը ջերմաստի­ճանից կախված չէ: Այն դրսևորվում է թափվող կոտորակի ակուստիկ աղմուկի տեսքով` ընդունիչի ելքում, ձյունի տեսքով` հեռուստացույցի էկրանին, խոտի տեսքով` լոկատորի էկրանին:

Կոտորակային աղմուկը ռադիոէլեկտրոնային սարքերի մեծամասնության ներքին աղմուկների հիմնա­կան բաղադրիչն է, որը բերում է թույլ ազդանշանների աղավաղման և զգայնության նվազման:

Կոտորակային աղմուկի սպեկտրային խտությունը որոշվում է Շոտկիի բանաձևով`

որտեղ  е-ն էլեկտրոնի լիցքն է, I₀-ն` հոսանքի հաստատուն բաղադրիչը:

>>

 

 

2.3. ՖԼԻԿԵՐ-ԱՂՄՈՒԿ

Ֆլիկեր-աղմուկը (1/f աղմուկ, վարդագույն աղմուկ, ավել­ցուկային աղմուկ) ծփանք է, որին բնորոշ է սպեկտրային խտության հակադարձ համեմատական կախումը հաճախությունից, ի տար­բերություն սպիտակ աղմուկի, որի սպեկտրային խտությունը հաստատուն է: Այն առաջանում է բոլոր բազմա­քանակ, ոչ միա­տեսակ  տարրեր պարունակող համակարգերում(քարաթափ` լեռնազանգվածներում, ձնահյուս, Արեգակի ակտի­վություն, սոցիալական համակարգ, էլեկտրոնա­յին սարքեր): Այդ տարրերը կարող են կուտակել էներգիա և չնչին արտաքին ազդեցությամբ արտա­զատել այն` առաջացնելով 1/f աղմուկ, մինչդեռ արտաքին ուժեղ և, մանավանդ` հաճախ ազդեցություններն անընդհատ լիցքաթափում են իրենց էներգիան, և միաժամանակյա (պայթյունային) երևույթ տեղի չի ունենում: Էլեկտրոնիկայում դրանք արտահայտվում են տրանզիստորներում` ռեկոմբի­նացիայի, լամպերում` էմիսիայի ժամանակ:

>>

 

 

2.4. ՖՈՆԸ

Սա ուժեղարարի ելքում կողմնակի լարում է, որի հաճա­խությունը ուժեղարար տարրի կամ լամպի շիկացման թելի սնման փոփոխական հոսանքի հաճախության պատիկն է:

Ֆոնը ծագում է ուղղված, սակայն լավ չհարթված փոփոխա­կան հոսանքով ուժեղարար տարրը սնելիս կամ լամպի շիկա­ցման թելը փոփոխական հոսանքով սնելիս: Այն առաջա­նում է նաև ուժեղարարի առաջին աստիճաններին մոտ զետեղ­ված փոփոխական հոսանքի շղթաների (լարերի և ուժային տրանս‎­ֆոր­մատորների) ազդեցությամբ(մակածմամբ):   

Ֆոնը գործնականորեն աննկատելի է, եթե 100 Հց-ը չգերա­զանցող հաճախության դեպքում նրա մակարդակը (60…70) դԲ-ով ցածր է ազդանշանի մակարդակից:

>>

 

 

3. ԿԻՍԱՀԱՂՈՐԴՉԱՅԻՆ  ՏԱՐՐԵՐՆ ՈՒ ԴՐԱՆՑ ԿԻՐԱՌՈՒՄԸ

Ռադիոէլեկտրոնիկայում էական դեր ունեն կիսահաղորդ­չային տարրերը, որոնցով կառուցում են ուղղիչներից մինչև թվացույցեր, լազերներից մինչև ԳԲՀ սարքեր ու կառավարման ավտոմատ սարքավորումներ: Համառոտ անդրադարձ կատա­րենք դրանց աշխատանքին ու կիրառությանը:

 

 

3.1. ԿԻՍԱՀԱՂՈՐԴՉԱՅԻՆ  ԴԻՈԴ

Կիսահաղորդչային դիոդը մեկ p-n անցումով միակողմանի հաղորդականությամբ օժտված էլեկտրառադիոտարր է, որի աշխատանքի հիմքում ընկած են p-n անցումում ընթացող պրոցեսները:

Նկ. 26-ում բերված է կիսահաղորդչային դիոդի վոլտ-ամպերային բնութագիրը, որի ուղիղ շեղման տեղամասն սկզբում ունի ընդգծված ոչ գծային բնույթ` չի ենթարկվում Օհմի օրենքին:

 Դիոդով անցնող հոսանքը որոշվում է Շոկլիի բանաձևով`

որտեղ m-ը Շոկլիի գործակիցն է, որը կատարյալ p-n անցման դեպքում` m=1, իրական անցման դեպքում` m=1...2 (դիֆուզային տիրույթ): Այս գործակիցը հաշվի է առնում դիոդի` Շոտկիի տեսությունից շեղումը, I<sub>S</sub>-ը` հագեցած հակադարձ հոսանքն է, U_T=kT/e-ն` ջերմային պոտենցիալը, որը սենյակային ջերմաստի­ճանում(300 Կ) կազմում է 25,5 մՎ:

Ուղիղ լարման որոշ արժեքի դեպքում լարման չնչին աճն առաջացնում է հոսանքի հսկայական աճ: Դա հագեցման լա­րումն է, որը գերմանիումային դիոդների համար  մոտա­վորապես 0,3 Վ է, սիլիցիումային դիոդների համար` 0,7 Վ:

ՈՒղիղ լարման հարյուրերորդական վոլտերի փոփոխու­թյուններն առաջացնում են տասնյակ միլիամպերների հասնող հոսանքի փոփոխություններ, հետևաբար` դիոդի ուղիղ դիմադրությունը չի գերազանցում մի քանի տասնյակ Օհմը: Հզոր դիոդների ուղիղ դիմադրությունը միավոր կամ տասնորդական օհմերի կարգի է:

Հակառակ լարման դեպքում վոլտ-ամպերային բնութագիրը պատկերված է այլ մասշատաբով, որի հետևանքով կոորդինատ­ների սկզբնակետում բնութագիրը բեկվել է:

Հակառակ լարման աճը առաջացնում է հակառակ հոսանք, որն այդ լարման փոփոխության բավական լայն տիրույթում մնում է հաստատուն (հագեցման հակադարձ հոսանք), որի արժեքներն ընկած են նանո­ամպերներից մինչև միկրոամպեր­ներ միջակայքում, հետևաբար հակառակ միացված դիոդի դիմադ­րությունը անհամեմատ մեծ է(հար­յուրավոր կիլոօհմերից մինչև մի քանի ՄեգաՕ­հ­մ), քան ուղիղ միացման դեպքում: Սակայն հակառակ լարման «ծակման լարում» կոչվող  արժեքի դեպքում հակառակ հոսանքն սկսում է կտրուկ աճել, և վրա է հասնում էլեկտրական ծակումը (AB տեղամասը), որը վերա­կանգնելի է (լարման վերանալուց հետո դիոդն աշխատունակ է դառնում):

Հակառակ լարման հետագա աճն առաջացնում է էլեկտրական ծակմանը հաջորդող ջերմային ծակում (բնու­­­թագրի BC տեղամասը), որի հետևանքով կիսահաղորդչում տեղի են ունենում անդառնալի երևույթներ, և դիոդը խափանվում է:

Այսպիսով, p-n անցումն օժտված է միակողմանի հաղոր­դականությամբ. ուղիղ շեղման դեպքում նրա դիմադ­րությունը փոքր է` միավորից մինչև տասնյակ օհմեր, ուստի նրանով անցնում է մեծ հոսանք, մինչդեռ հակառակ շեղման դեպքում նրա դիմադրությունը շատ մեծ է, ուստի նրանով անցնող հակադարձ հոսանքը միլիոնավոր անգամ փոքր է ուղիղ հոսանքից: 

Կիսահաղորդիչների էլեկտրահաղորդականության վրա զգալի ազդեցություն ունի ջերմաստիճանը: Ջերմաստիճանը բարձրացնելիս գոյանում են լիցքակիրների ավելի մեծ թվով զույգեր (ջերմագեներացում), ուստի էլեկտրահա­ղոր­դականությունն աճում է:

p-n անցումով կառուցված պարզագույն սարքը կոչվում է դիոդ: Դիոդի ջերմաստիճանը 1 Կ-ով բարձրացնելիս, նրանով միևնույն հոսանքը պահպանելու համար պահանջվում է 2 մՎ-ով պակաս լարում, քան մինչև ջերմաստիճանի բարձրացումը.

Ջերմաստիճանը 10 Կ–ով բարձրացնելիս գերմանիումային

դիոդի հակառակ հոսանքն աճում է մոտ երկու անգամ(նկ. 27),

այսինքն` 

հետևաբար, եթե օրինակ` ջերմաստիճանը փոփոխվի 50 Կ-ով, ապա հակառակ հոսանքը փոփոխվի 32 անգամ:

Այդ, ջերմաստիճանի աճի դեպքում նվազում է գերմանիումային դիոդների ծակման լարումը:

Սիլիցիումային դիոդների հակառակ հոսանքը` ջերմաս­տիճանը 100<sup>0</sup>C-ով բարձրացնելիս, աճում է մոտ 2,5 անգամ, իսկ ծակման լարումը` ջերմաստիճանի աճի դեպքում սկզբում մի փոքր աճում է, այնուհետև` նվազում:

>>

 

 

3.1.1. Դիոդի աշխատանքային ռեժիմը

Գործնականում դիոդի շղթան պարունակում է որևէ բեռ, օրինակ` դիմադրիչ (նկ. 28):

Դիոդի` բեռով աշխատելու ռեժիմը կոչվում է աշխատան­քային ռեժիմ: Եթե դիոդի դիմադրությունը լիներ գծային, ապա այս սխեմայում հոսանքի հաշվարկը կլիներ բավական պարզ, սակայն դիոդի դիմադրությունը ոչ գծային է, և նրա արժեքը փոխվում է դիոդով անցնող հոսանքից կախված: Այս պատճառով հոսանքը որոշում են գրաֆիկական եղանակով:

Խնդիրը հետևյալն է. հայտնի են E լարումն ու բեռի Rբ դիմադրությունը: Պահանջվում է գտնել շղթայի հոսանքը և դիոդի լարումը:

Դիոդի վոլտամպերային բնութագիրը(նկ. 29) նրա I_Դ հոսանքի կախումն է U լարումից, իսկ դիոդի հոսանքը (Օհմի օրենքը)`

Այսպիսով, ունենք երկու հավասարում երկու անհայտով` I և U, ընդ որում` հավասարումներից մեկը (Էբերս-Մոլի հավասա­րումը) տրված է գրաֆիկական եղանակով: Այս հավասարում­ների համակարգը լուծելու համար անհրաժեշտ է կառուցել երկրորդ հավասարման գրաֆիկը և գտնել երկու գրաֆիկների հատման կետը:

R_Բ դիմադրության հավասարումը առաջին կարգի գծային հավասարում է I - ի և U - ի նկատմամբ: Նրա գրաֆիկն ուղիղ գիծ է, որը կոչվում է բեռի գիծ: Պարզագույն դեպքում այն կառուցվում է կոորդինատային առանցքի երկու կետերով: I=0 դեպքում, վերջին հավասարումից ստանում ենք E-U=0, կամ` U=E, որը նկ. 29-ում համապատասխանում է A կետին: Իսկ երբ U=0, ապա I=E/R_Բ, որը նկ. 29-ում հա­մա­պա­տաս­խանում է  օրդինատների առանցքի B կետին: A և B կետեր միաց­նող գիծը բեռի գիծն է: C կետի կոորդինատները հավասարումների համակարգի լուծումներն են:

Կիսահաղորդչային դիոդներն օժտված են միակողմ հաղոր­դականությամբ, ուստի նախ կիրառվում են ուղղիչներում:

>>

 

 

3.1.2. Փոփոխական հոսանքի ուղղումը

Ուղղիչ սարքերը փոփոխական հոսանքը կամ լարումը փոխակերպում են հաստատուն հոսանքի կամ լարման: Այլ կերպ` ցանկացած ուղղիչ փոփոխական հոսանքի սպառիչ է և հաստատուն հոսանքի գեներատոր:

 ա) Միկիսապարբերական ուղղում

Փոփոխական հոսանքի ուղղման պարզագույն սխեման բերված է նկ 30 ա-ում:

Ռադիոէլեկտրոնային սարքերի սնման սխեմաներում ուղղիչների համար, որպես կանոն, փոփոխական հոսանքի աղբ­յուրը տրանսֆորմատորի EII լարմամբ (նկ. 30. բ) երկրորդային փաթույթն է, որին միացված են ուղղիչ VD1 դիոդն ու R_Բ բեռը):

Դրական կիսապար­բերության ժամանակ դիոդը գտնվում է ուղիղ շեղման տակ, և նրանով անցնում է I_Բ հոսանքը: Բեռի վրա այս հոսանքն առաջացնում է U_Բ լարման անկում(նկ. 30. գ): Բացասական կիսապարբերության ընթացքում դիոդի շեղումը հակառակ է, այն փակ է, և նրանով հոսանք գրեթե չի անցնում: Հետևաբար բեռի լարումը նույնպես բացակայում է: Այսպիսով բեռով անցնում է բաբախող հոսանք, որը հաճախ անվանում են ուղղված հոսանք: Հաստատուն հոսանքի վերածելու համար անհրաժեշտ է այս հոսանքի հետագա հարթում` որևէ զտիչով, պարզագույն դեպքում կոնդենսատորով:

Նկ. 30. դ-ում պատկերված է դիոդի լարումը: Այն սինուսային չէ: Դրական և բացասական կիսապարբերությունների լայնույթ­ները խիստ տարբերվում են միմյանցից: Դրա պատճառն այն է, որ դրական լարման դեպքում, երբ բաց դիոդով անցնում է ուղիղ հոսանք, դիոդի դիմադրությունը շատ փոքր է, և աղբյուրի լարման մեծ մասն ընկնում է բեռի վրա, որի դիմադրությունը անհամեմատ մեծ է դիոդի ուղիղ դիմադրությունից:

ՈՒղղված հոսանքի հաստատուն բաղադրիչը`

ուղղված լարման հաստատուն բաղադրիչը`

որտեղ U₀-ն և I₀-ն ուղղիչի ելքային լարումն ու հոսանքն են, U-ն և I-ն` ուղղիչի մուտքային լարումն ու հոսանքը, U<sub>m</sub>-ը և I<sub>m</sub>-ը` մուտքային լարման ու հոսանքի առավելագույն (լայնութային) արժեքները, R_Բ-ը` բեռի դիմադրությունը:

Հաճախ օգտակար են հետևյալ առնչությունները.

Հակադարձ լարումը(փակ դիոդի վրա լարման անկումը)` 

բաբախման հաճախությունը`

բաբախման գործակիցը`

Թեև այս սխեման պարզ է` նրանում կիրառվում է  մեկ դիոդ, սակայն այն ռադիոէլեկտրոնիկայիում լայն կիրառու­թյուն չունի` զգալի բաբախումների պատճառով: Առավել լայն տարա­ծում ունեն երկկիսապարբերական և կամրջակային ուղղիչները:

բ) Երկկիսապարբերական ուղղիչ

Նկ. 31. ա–ում բերված է երկկիսապարբերական ուղղիչի էլեկտրական սկզբունքային սխեման, իսկ ստորև բերված են երկկիսապարբերական ուղղիչի պարա­մետրերը.

հոսանքի և լարման հաստատուն բաղադրիչները`

դիոդների հոսանքի գործող արժեքը`

դիոդների հոսանքի առավելագույն արժեքը`

տրանսֆորմատորի երկրորդային փաթույթի հոսանքի գործող արժեքը`

տրանսֆորմատորի առաջնային փաթույթի հզորությունը`

տրանսֆորմատորի երկրորդային փաթույթի հզորությունը`

տրանսֆորմատորի հզորությունը`

 

 

բաբախման գործակիցը`

բաբախման հաճախությունը`

գ) Կամրջակային ուղղիչ

Կամրջակային ուղղիչի էլեկտրական սկզբունքային սխեման բերված է նկ. 32–ում:

 Դրական կիսապարբերության դեպքում ուղղված հոսանքն անցնում է VD2 և VD3 դիոդներով ու բեռով, բացասականի դեպ­քում` VD1 և VD4 դիոդներով ու բեռով` միևնույն ուղղությամբ:

Ստորև բերված են կամրջակային ուղղիչի պարամետրերը.

հակադարձ լարումը(փակ վիճակում դիոդի վրա լարման անկումը)`

հոսանքի և լարման հաստատուն բաղադրիչները`

 

 

դիոդների հոսանքի գործող արժեքը`

դիոդների հոսանքի միջին արժեքը`

դիոդների հոսանքի առավելագույն արժեքը`

տրանսֆորմատորի առաջնային փաթույթի հզորությունը`

տրանսֆորմատորի երկրորդային փաթույթի հզորությունը`

տրանսֆորմատորի հզորությունը`

բաբախման գործակիցը`

բաբախման հաճախությունը`

 

Բանաձևերից երևում է, որ դիոդների հոսանքը հավասար չէ տրանսֆորմատորի երկրորդային փաթույթի հոսանքին: Պատ­ճառն այն է, որ պարբերության ընթացքում դիոդով անցնում է հոսանքի մեկ կիսապարբերությունը, իսկ տրանսֆորմատորի փաթույթով` երկուսը:

>>

 

3.2. ՍՏԱԲԻԼԻՏՐՈՆ

Լարման կայունացման համար գործածում են դիոդի տարատեսակներից մեկը` ստաբիլիտրոնը, որի աշխատանքը հիմնված է հակառակ միացված p-n անցումում ընթացող էլեկտրական ծակման  երևույթի վրա:

Ստաբիլիտրոնի բնութագիրը բերված է նկ. 33-ում, միացման սխեման` նկ. 34-ում:

Էլեկտրական ծակման  տեղամասում(AB) հոսանքի հսկայական փոփոխություններին համապատասխանում են լարման չնչին փոփոխություններ, ինչը հնարավորություն է ընձեռում p-n անցումն օգտագործել լարման կայունացման համար:

Ստաբիլիտրոնի էլեկտրական բնութագրերից հիմնական­ներն են` կայունացման U₀ լարումը, առավելագույն և նվազա­գույն թույլատրելի հոսանքներն ու դիֆերենցիալ R_Դ դիմադրությունը(ստաբիլիտրոնի տվյալ նմուշի տեղեկատու տվյալներ): 

Ենթադրենք` սնման U լարումը կարող է փոփոխվել   սահմաններում, որի դեպքում ելքային U<sub>0</sub> լարումը` կփոփոխվի    սահմաններում:

Կայունարարի հաշվարկը կատարվում է հետևյալ առնչությունների օգնությամբ.

Ցածր լարումների կայունացման համար օգտագործում են p-n անցման բնութագրի ուղիղ տեղամասի հագեցման ռեժիմը, որում աշխատող դիոդն անվանվում է ստաբիստոր: Դրա կայունացման լարումը հավասար է նրա հագեցման լարմանը(0,7 Վ` սիլիցիումային, 0,3 Վ` գերմանիումային դիոդների դեպքում):

>>

 

 

3.3. ԼՈՒՍԱԴԻՈԴԸ

Լուսադիոդները կամ ինժեկցիոն դիոդներն ուղիղ շեղման դեպքում առաջացնում են լուսարձակում` ալիքի երկարության որոշ տիրույթում:

Լուսադիոդի աշխատանքի սկզբունքը հետևյալն է. ուղիղ շեղման դեպքում տեղի է ունենում լիցքակիրների մղում անոդի տիրույթից կատոդի տիրույթ: Օրինակ, եթե n տիրույթում էլեկտրոնների կոնցենտրացիան մեծ է p տիրույթում խոռոչների կոնցենտրացիայից  ապա տեղի է ունենում էլեկտրոնների սրսկում, մղում n տիրույթից p տիրույթ: Սրսկված էլեկտրոնները կատոդի տիրույթում ռեկոմբինացվում են հիմնական լիցքակիրների հետ(տվյալ դեպքում` էլեկտրոնները p տիրույթի խոռոչների հետ): Ռեկոմբինացված էլեկտրոնները հաղորդա­կանության գոտու ստորին մասում գտնվող բարձր էներգիական մակարդակներից անցնում են վալենտական գոտու վերին մասում գտնվող ցածր էներգիական մակարդակներ(նկ. 35), ինչն ուղեկցվում է ալիքի երկարությամբ ֆոտոնի առաջացմամբ, որի էներգիան մոտավորապես հավասար է նշված մակարդակների էներգիաների տարբերությանը.

 

որտեղից`

 

Ալիքի տվյալ երկարությամբ ֆոտոնի էներգիան`

Լույսի տեսանելի տիրույթում`  կիսահաղորդչի արգելման գոտու լայնությունը պետք է գերազանցի 1,7 էՎ-ը, որից բխում է, որ գերմանիումն ու սիլիցիումն պիտանի չեն լուսադիոդի կառուցման համար: Ժամանակակից լուսադիոդներում օգտագործվում են գալիումի ֆոսֆիդ և սիլիցիումի կարբիդ, գալիումի, ալյումինիումի, արսենի(GaAlAs) կամ ֆոսֆորի(GaAsP) այսպես կոչված` պինդ լուծույթներ:

Հիմնական պարամետրերն են.

- լույսի ուժը(Կանդել). սովորաբար` (0,1…1) Կանդել,

- պայծառությունը(Կանդել/մ²), սովորաբար` (10^-3…10^-2) Կանդել/մ².

- ալիքի երկարությունը(ճառագայթման գույնը)` տեսանելի, ինֆրակարմիր կամ ուլտրամանուշակագույն տիրույթում,

- էլեկտրական պարամետրերը:

Լուսադիոդի բնութագրերն են.

- պայծառության բնութագիրը(պայծառության կախումը հոսանքից),

- սպեկտրալ բնութագիրը(ճառագայթման ուժգնության կախումը ալիքի երկարությունից),

- ուղղվածության դիագրամը(ճառագայթման ուժգնության տարածական կախումը),

Լուսադիոդներն ունեն ամենատարբեր կիրառություններ` գծային սանդղակից մինչև <<Յոթսեգմենտանի՚>> թվացույցեր և թվատառային լուսացույցեր:

Լուսադիոդի գրաֆիկական նշանը(ա) և միացման սխեման(բ) բերված են նկ. 36–ում:

Լուսադիոդները լինում են սովորական և գերլյումինեսցենտ:

Դրանք օգտագործվում են.

- փողոցային, արդյունաբերական, կենցաղային լուսավորու­թյան մեջ, հեռակապում,

-  որպես ցուցիչ(ինդիկատոր), թվացույց, վազող տող,

- օպտրոններում, մթնոլորտային և մանրա­թելային կապի գծերում,

- խաղերում, խաղալիքներում:

>>

 

 

3.4. ՖՈՏՈԴԻՄԱԴՐՈՒԹՅՈՒՆԸ

Ֆոտոդիմադրությունը կիսահաղորդիչ տարր է, որի աշխատանքը հիմնված է լույսի ազդեցությամբ լիցքազույգերի առաջացման (ֆոտոգեներացիայի) երևույթի վրա: Ըստ էության ֆոտոդիմադրությունը կիսահաղորդչի կտոր է, որի դիմադրությունը փոխվում է նրա վրա ընկնող լույսի ազդեցությամբ(նկ. 37):

Լույսի բացակայությամբ կիսահաղորդիչն ունի բավական մեծ (10⁴…10⁷ Օհմ)` «մթնային» դիմադրություն: Լուսային հոսքի ազդեցությամբ տեղի է ունենում ներքին ֆոտոէֆեկտ, ֆոտոգեներացում, դիմադրության նվազում:

Ֆոտոդիմադրությունն ունի գծային վոլտամպերային(նկ. ա) և ոչ գծային էներգիական բնութագրեր(նկ. բ):

Նկ. 38–ում բերված են ֆոտոդիմադրությունի վոլտամպերային(ա) և էներգիական(բ) բնութագրերը, իսկ նկ. 39–ում` գրաֆիկական նշանակումը(ա) և միացման սխեման(բ):

Ֆոտոդիմադրությունը բնութագրվում է տեսակարար զգայունությամբ` մկԱ /(ՎԼմ):

 

>>

 

3.5. ՖՈՏՈԴԻՈԴԸ

Ֆոտոդիոդը կիսահաղորդչային սարք է, որի աշխատանքը հիմնված է ներքին ֆոտոէֆեկտի` լույսի ազդեցությամբ լիցքազույգերի գեներացման վրա: Լույսն ընկնելով p-n անցմանն ու նրա հարակից տիրույթներին առաջացնում է լիցքազույգեր, որոնց ազդեցությամբ դիոդի հաղորդականությունը, ուստի և` հակադարձ հոսանքն աճում է(առաջանում է ֆոտոհոսանք):

Նկ. 40–ում բերված է պարզագույն` p-n անցումով ֆոտոդիոդի կառուցվածքը: Նրան տրված է հակառակ շեղում, և նրանով անցնում է չափազանց թույլ հակադարձ(մթնային) հոսանք: Էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ լիցքակիրները` էլեկտրոն­ներն ու խոռոչները, անցման գոտուց հեռանում են(էլեկտրոն­ները` դեպի կիսահաղորդչի բացասական հատված(դրական բևեռ), իսկ խոռոչները դրական հատված( բացասական բևեռ), այն է` դաշտն ստեղծում է աղքատացված շերտ, ուստի նրա դիմադրությունը շատ մեծ է, և լարման անկումը գրեթե ամբողջությամբ ընկնում է անցման վրա, և հպման տիրույթում էլեկտրական դաշտը շատ ուժեղ է:

Ընկնող ֆոտոնի կլանման ժամանակ դաշտը բավարար էներգիա է հաղորդում կապված էլեկտրոնին, որը վալենտական գոտուց անցնում է հաղորդականության գոտի` ձևավորելով լիցքազույգ` ազատ էլեկտրոն և խոռոչ: Եթե սա տեղի է ունենում աղքատ գոտում, լիցքակիրներն արագ բաժանվում և սլանում են հակադիր ուղղություններով: Հասնելով աղքա­տացված շերտի սահմանին, որտեղ էլեկտրական դաշտը թույլ է, դրանց շարժումը, հետևաբար և արտաքին շղթայով հոսանքը դադարում է:

Եթե էլեկտրոն-խոռոչ զույգի գեներացումը տեղի է ունենում աղքատ շերտից դուրս, ապա լիցքակիրներն սկսում են դանդաղ ձգվել աղքատ շերտի ուղղությամբ: Աղքատ շերտ հասած լիցքակիրները ուժեղ էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ արագ անցնում են այդ շերտով` արտաքին շղթայով առաջացնելով հոսանք:

Ֆոտոդիոդի գրաֆիկական նշանակումն(ա) ու միացման սխեման(բ) բերված են նկ. 41–ում:

 

Նկարից երևում է, որ ֆոտոդիոդին, ի տարբերություն լուսա­դիոդի, տրվում է հակառակ շեղում: Ֆոտոդիոդի վոլտամ­պե­րային բնութագրերը նման են դաշտային տրանզիս­տորի ելքային բնութագրերին(նկ. 42), իսկ էներգիական բնութագ­րերը գծային են(նկ. 43):

Ֆոտոդիոդի զգայնությունը կազմում է մի քանի հարյուր միկրոամպեր/լյումեն (գերմանիումային ֆոտոդիոդների մթնային հոսանքը չի գերազանցում 20 մկԱ, իսկ սիլիցիումայիններինը` 2 մկԱ):

Ֆոտոդիոդն արագագործ է` մի քանի հարյուր ՄՀց, իսկ p-i-n կառուցվածքով դիոդները մինչև մի քանի տասնյակ ԳՀց:

Ֆոտոդիոդները կառուցվում են ըստ հարթ(պլանար) տեխնոլոգիայի:

>>

 

 

3.6. ՎԱՐԻԿԱՊՆԵՐ

Հակառակ շեղված p-n անցումը նման է կոնդենսատորի: Անցման սահմաններին խառ­նուրդային(դոնորային և ակցեպ­տորային) ատոմների հականուն տարածական լիցքերը կատա­րում են կոնդենսատորի շրջադիրների, իսկ աղքատ շերտը` մեկուսչի դերը: p-n անցման այս ունա­կությունն անվանում են պատնեշային(արգելքային) ունա­կություն.

Ինչպես սովորական կոնդենսատորների ունակությունը, պատնեշային ունակությունը նույնպես աճում է շրջադիրների (տվյալ դեպքում` p-n անցման) մակերեսի, դիէլեկտրիկ թափան­ցե­լիության աճի և մեկուսչի (տվյալ դեպքում` աղքատ շեր­տի) հաստության նվազման դեպքում: Թեև փոքր հզորության դիոդների անցման մակերեսը մեծ չէ, սակայն C_Պ ունակությունը բավական մեծ է ի հաշիվ անցման փոքր լայնության և դիէլեկ­տ­րիկ մեծ թափանցելիության նրա պատնեշային ունակությունը կարող է լինել մի քանի պիկո­ֆարադից մինչև հարյուրավոր պիկոֆարադներ:

Պատնեշային ունակության կարևոր առանձնահատ­կու­թյունն այն է, որ այն ոչ գծային է և կախված է p-n անցմանը կիրառված հակառակ լարումից: Երբ հակառակ լարումն աճում է, աղքատացված շերտի հաստությունը աճում է և պատնեշային C_Պ ունակությունը` նվազում: Այս կախումը պատ­կեր­ված է նկ. 44 ա-ում:

Գոյություն ունեն հատուկ դիոդներ` վարիկապներ և վա­րակ­­տորներ(նկ. 44 բ), որոնք կիրառվում են որպես լարմամբ ղեկա­վարվող փոփոխական ունակության կոնդենսա­տոր­ներ. դրանք կիրառվում են տատանողական կոնտուրների համալարման համար(էլեկտրոնային համալարք, նկ. 45):

Կոնտուրի ռեզոնանսային հաճախությունը`

որտեղ C(U)-ն վարիկապի ունակությունն է: R1 պոտենցիոմետրի օգնությամբ փոփոխելով վարիկապի լարումը, փոփոխում են նրա ունակությունը, դրանով  կոնտուրը համալարում պահանջ­վող հաճախությանը:

>>

 

 

3.7. ԹՈՒՆԵԼԱՅԻՆ ԴԻՈԴՆԵՐ

Թունելային դիոդի վոլտամպերային բնութագիրը բերված է նկ. 46-ում: Ինչպես երևում է, U= 0 դեպքում հոսանքը հավասար է զրոյի: Ուղիղ լաման` մինչև 0,1 Վ աճը բերում է ուղիղ թունելային հոսանքի մեծացման` մինչև առավելագույն արժեք(A կետը): Ուղիղ լաման հետագա բարձրացումը մինչև 0,2 Վ ուղեկցվում է թունելային հոսանքի փոքրացումով: Այս պատճառով B կետում հոսանքի արժեքը նվազագույնն է, և բնութագիրն ունի նվազող AB տեղամաս, որին բնորոշ է բացասական դիմադրությունը փոփոխական հոսանքի նկատմամբ`     

Այս տեղամասից հետո հոսանքը նորից աճում է ի հաշիվ դիֆուզիոն ուղիղ հոսանքի, որի բնութագիրը նկ. 46-ում տրված է ընդհատ գծով: Հետադարձ հոսանքն ստացվում է այնպիսին, ինչպիսին ուղիղն է, այսինքն`շատ անգամ ավելի մեծ, քան սովորական դիոդներինը:

Թունելային դիոդների հիմնական պարամետրերն են`

- առավելագույն Imax հոսանքը,

- նվազագույն Imin հոսանքը(հաճախ տրվում է Imax/Imin հարաբերությունը, որը կազմում է մի քանի միավոր),

- U_A լարումը,

- U_B լարումը,

- U_C լարումը:

  տարբերությունը կոչվում է փոխանջատման լարում կամ թռիչքի լարում:

Ժամանակակից թունելային դիոդներում հոսանքները կազմում են միավոր միլիամպերներ, իսկ լարումները` վոլտի տասնորդական մասեր:

Դիոդի պարամետրերն են.

- բացասական դիֆերենցիալ դիմադրությունը (սովորաբար տասնյակ օհմեր),

- լրիվ ունակությունը(միավոր կամ տասնյակ պիկոֆարադ­ներ), փոխանջատման ժամանակը(նանովայրկյանի մասեր) - մաքսիմալ կամ կրիտիկական հաճախությունը (հարյու­րավոր գիգահերց):

Թունելային դիոդը որոշակի ձևով միացնելով սխեմաներում` կարելի է նրա բացասական դիմադրությամբ հատուցել(կոմպեն­սացնել) ակտիվ դրական դիմադրությունը(եթե աշխատանքային կետը գտնվում է AB տեղամասում) և ստանալ ուժեղացման կամ տատանումների գեներացման ռեժիմներ: Օրինակ, սովորական տատանողական կոնտուրում ի հաշիվ կորուստների, միշտ առկա են մարումներ, սակայն թունելային դիոդի բացասական դիմադրությամբ կարելի է վերացնել կորուստները կոնտուրում և ստանալ չմարող տատանումներ: Թունելային դիոդով տատանումների գեներատորի պարզագույն սխեման բերված է նկ. 47-ում:

Էլեկտրոնների անցումը պոտենցիալային պատնեշով տեղի է ունենում չափազանց կարճ ժամանակամիջոցում` 10^-12 …10^-14 վ, ուստի թունելային դիոդները լավ են աշխատում գերբարձր հաճախություններում. կարելի է գեներացնել և ուժեղացնել տատանումներ մինչև տասնյակ, անգամ հարյուրավոր գիգահերց հաճախություններ: Պետք է նշել, որ թունելային դիոդների աշխատանքային հաճախության սահմանը գործնականում որոշվում է ոչ թե թունելային էֆեկտի իներցիոնությամբ, այլ հենց դիոդի ունակությամբ, նրա ելքերի ինդուկտիվությամբ և ակտիվ դիմադրությամբ:

Թունելային դիոդով ուժեղարարի ուժեղացման սկզբունքը բերված է նկ. 48-ում: ՈՒժեղացման ռեժիմն ստանալու համար անհրաժեշտ է ունենալ E-ի և Rբ-ի խիստ որոշակի արժեքներ: Rբ դիմադրության մեծությունը պետք է մի քիչ փոքր լինի դիոդի բացասական դիմադրության բացարձակ արժեքից: Այդ ժամանակ մուտքային լարման բացակայության դեպքում աշխատանքային կետը կարելի է ընտրել ընկնող տեղամասի մեջտեղում(սա բեռնվածքի գծի և դիոդի բնու­թագրի հատման կետըն է):

U_Մm արժեքով մուտքային լարման տրման դեպքում բեռի գիծը ՙկատարում է տատանումներ՚` տեղափոխվելով իրեն զուգահեռ: Նրա եզրային դիրքերը նշված են ընդհատ գծով, որոնք որոշում են աշխատանքային AB տեղամասի եզրակետերը: Դրանք պրոյեկտելով լարումների առանցքին, կստանանք ելքային լարման U_Եm լայնույթը, որն զգալիորեն գերազանցում է մուտքայինը:

Թունելային դիոդով ուժեղարարի առանձնահատկությունը առանձին մուտքային և առանձին ելքային շղթաների բացակա­յությունն է, որն ստեղծում է որոշակի դժվարություններ ուժեղացման բազմաստիճան սխեմաների իրագործման ժամա­նակ: Թունելային դիոդներով ուժեղարարները կայուն են աշխատում և կարող են տալ բավականաչափ ուժեղացում աղմուկների ոչ բարձր մակարդակի դեպքում:

Թունելային դիոդը օգտագործվում է որպես արագագործ փոխանջատիչ, ընդ որում նրա փոխանջատման ժամանակը կարող է լինել 10^-9 վ-ից էլ փոքր: Թունելային դիոդի աշխատանքային սխեման իմպուլսային ռեժիմում ընդհանուր առմամբ նույնն է, ինչ որ բերված է նկ. 49-ում, միայն մուտքային լարումն իմպուլսային է, իսկ Rբ դիմադրության մեծությունը պետք է ավելի մեծ լինի դիոդի բացասական դիմադրության բացարձակ արժեքից:

 

Մուտքային դրական իմպուլսի դեպքում աշխատանքային կետը ցատկում է B կետը, և հոսանքը դառնում է նվազագույնը (I_min), որը կարող ենք պայմանական անվանել դիոդի փակ վիճակ: Կարելի է սկզբնական աշխատանքային կետն ընտրել B-ն և աշխատել բացասական իմպուլսներով:

Թունելային դիոդն ունի մի էական թերություն`արագ ծերացումը:

>>

 

 

3.8. ԿԻՍԱՀԱՂՈՐԴՉԱՅԻՆ  ԳԲՀ  ԴԻՈԴՆԵՐԸ

ԳԲՀ-ում լայն կիրառություն են ստացել կետային դիոդները, որոնք կառուցվում են սիլիցիումից, գերմանիումից կամ գալիումի արսենիդից` խառնուրդների բարձր պարունա­կու­թյամբ: Վերջինիս շնորհիվ անցման, բազայի դիմադրությունը շատ փոքր է, և ուղիղ հոսանքի ժամանակ անցումում կուտակված լիցքերն արագ ներծծվում են, իսկ կետայնության շնորհիվ` անցումն ունի փոքր մակերես, ուստի` փոքր ունակություն:

Սակայն, բազայի փոքր դիմադրության պատճառով անցումն ստացվում է շատ բարակ, և ծակման լարումը կազմում է մի քանի Վոլտ, սակայն դա մեծ թերություն չէ, քանի որ այս դիոդներն աշխատում են թույլ ազդանշաններով: Այդուհանդերձ,  ԳԲՀ դի­ոդները կարող են խափանվել ստատիկ էլեկտրական լիցքերով:

Սովորաբար կիսահաղորդչային ԳԲՀ դիոդներն ունեն համառանցք կառույց, որը հեշտացնում է նրանց կիրառումը համառանցք գծերում ու ալետարներում և  որի շնորհիվ ունեն շատ փոքր ունակություն ու ինդուկտիվություն:

Գոյություն ունեն ԳԲՀ դիոդների մի քանի տարբերակներ` պարամետրական(նվազաղմուկ ուժեղարար), դետեկտորային, մոդուլյատորային, խառնիչ, փոխանջատիչ, ռեզոնանսային-փոխանջատիչ և այլն:

>>

 

3.9. ՀԵՂԵՂԱԹՌԻՉՔԱՅԻՆ  ԴԻՈԴԸ

ԳԲՀ տատանումների գեներացիայի և ուժեղացման համար օգտագործվում են հեղեղաթռիչքային դիոդները, որոնք աշխատում են էլեկտրական ծակման ռեժիմում` հաստատուն հակառակ լարման դեպքում և մի շարք դեպքերում օժտված են փոփոխական հոսանքի նկատմամբ բացասական դիմադրու­թյամբ: Այսպիսի բացասական դիմադրությունը ծագում է միայն ԳԲՀ տրույթում, ցածր հաճախություններում այն չի նկատվում:

Հեղեղաթռիչքային դիոդին հաստատուն հակադարձ լարում և որոշ փոփոխական լարում կիրառելիս, հակառակ լարման դրական կիսալիքի ազդեցությամբ(ընդուն­վում է, որ այս կիսալիքը համապատասխանում է դիոդի հակառակ լարման աճին) ծակման ռեժիմում տեղի է ունենում հոսանքի հեղեղաձև աճ` «էլեկտրական հեղեղ»:

Կիսահաղորդիչներում ընթացքների իներցիոնության հետե­վան­քով, այսինքն` p-n անցումով լիցքակիրների վազքի ժամա­նակի վերջավոր լինելու պատճառով, այս հոսանքը դրա պատ­ճառը հանդիսացող փոփոխական լարման դրական կիսալիքի նկատմամբ որոշ ուշացումով է մաքսիմումի հասնում: Հաս­տատուն լարման ազդեցության տակ «հեղեղը» շարունակում է շարժվել նաև լարման հաջորդ` բացասական կիսապար­բերու­թյան ընթացքում: Այսպիսով, «հեղեղին» համապատաս­խանող հոսանքի իմպուլսն իր նշանով հակառակ է փոփոխական լար­ման բացասական կիսալիքին, ուստի փոփոխական հոսանքի նկատմամբ առաջանում է բացասական դիմադրություն:

Հեղեղաթռիչքային դիոդը ԳԲՀ տատանողական համակար­գին միացնելով, ի հաշիվ բացասական դիմադրության, կարելի է ստանալ տատանումների գեներացիայի կամ ուժեղացման ռեժիմ: Ավելի ցածր հաճախություններում ընթացքների իներ­ցիոնությունը չափազանց թույլ է ազդում, և հոսանքի իմպուլսի հապաղումը փոփոխական լարման նկատմամբ նույնպես չնչին է, ուստի բացասական դիֆերենցիալ դիմադրությունը գործնա­կանում բացակայում է:

Հեղեղաթռիչքային դիոդը կարող է ունենալ ոչ միայն p–n, այլև ավելի բարդ կառուցվածք, օրինակ, Ռիդի դիոդներում օգտագործվում է n⁺ – p – i – p⁺ կառուցվածքը:

Գեներատորներում հեղեղաթռիչքային դիոդը միացվում է ծավալային ռեզոնատորին: Այսպիսի գեներատորները անընդ­հատ ռեժիմում կարող են տալ միավոր վատտերի կարգի օգտա­կար հզորություն` 10% օ.գ.գ-ի դեպքում, իսկ իմպուլսային ռեժի­մում` մի քանի հարյուր վատտ հզորություն` տասնյակ տոկոս օ.գ.գ.-ի դեպքում:

Ազդանշանի ուժեղացման համար հեղեղաթռիչ­քային դիոդն ունի նշանակալի թերություն` սեփական աղմուկ­ների համեմա­տաբար բարձր մակարդակը:

>>

 

 

3.10. ԳԱՆԻ ԴԻՈԴԸ

ԳԲՀ-ում բացասական դիմադրությամբ կիսահաղորդչային սարքերի ներկայացուցիչ է նաև Գաննի դիոդը, որի աշխատանքը հիմնված է Ջ. Գաննի երևույթի վրա:

Գաննի դիոդն առանց p–n անցման կիսահաղորդչային բյուրեղ է, որում ստեղծված է ուժեղ էլեկտրական դաշտ: Դիոդը կառուցվում է հաղորդականության երկու գոտի ունեցող կիսահաղորդչից, օրինակ` գալիումի արսենիդից և ունի երկու էլեկտրոդ` անոդ և կատոդ: Նման կիսահաղորդիչների ուսում­նա­սիրությունները ցույց են տվել, որ հաղորդականության տարբեր գոտիներում էլեկտրոններն ունեն տարբեր շարժու­նակություն: Վերին գոտում, որին համապատասխանում է առավել բարձր էներգիա, էլեկտրոնը նվազ շարժուն է:

Արտաքին դաշտի բացակայության կամ համեմատաբար թույլ դաշտի դեպքում էլեկտրոնները գտնվում են հաղորդակա­նության ստորին գոտում, որտեղ նրանք օժտված են ավելի բարձր շարժունությամբ, և, հետևաբար, կիսահաղորդիչն ունի համեմատաբար ավելի բարձր հաղորդականություն: Եթե կիսահաղորդչին կիրառվող լարումը բարձրացնենք, ապա սկզբում հոսանքը կմեծանա Օհմի օրենքի համաձայն, բայց որոշ լարման դեպքում էլեկտրոնների մեծ մասը կանցնի հաղորդա­կանության վերին գոտի, և այդ գոտում դրանց շարժունության թուլացման հետևանքով կիսահաղորդչի դիմադրությունը կտրուկ կմեծանա: Հոսանքը կփոքրանա, և վոլտամպերային բնութագրում կհայտնվի բացասական դիֆերենցիալ դիմադ­րությամբ(նվազող) տեղամաս(նկ. 50): Լարման հետագա աճը կրկին բերում է հոսանքի համեմատական աճի:

Կիսահաղորդչում անխուսափելիորեն առկա անհամասե­ռու­թյունների հետևանքով ուժեղ դաշտի ազդեցությամբ կիսահա­ղորդչի նյութի դիմադրությունն աճում է ոչ թե նրա ամբողջ ծավալում, այլ փոքր տիրույթում, որը(մեծ դիմադրությամբ և մեծ դաշտով տիրույթը) կոչվում է դոմեն:

Դոմենը սովորաբար առաջանում է կատոդի մոտ(մինուս) և չի մնում նույն տեղում, այլ մեծ արագությամբ շարժվում է դեպի անոդ(պլյուս): Բուն դոմենում էլեկտրոնների արագությունն ավելի փոքր է, քան մյուս տեղամասերում, և, հետևաբար, ծավալային լիցքի խտությունը մեծ է, այսինքն` դոմենն ինքնատիպ խտացում է:

Դոմենում կենտրոնացված է ավելի ուժեղ դաշտ, իսկ կիսահաղորդչի մնացած մասում դաշտն ավելի թույլ է, և էլեկտրոնների արագությունը` ավելի մեծ:

Այդ պատճառով դոմենից աջ էլեկտրոններն ավելի արագ են տեղափոխվում դեպի անոդ, և առաջանում է էլեկտրոններից աղքատացած տեղամաս: Իսկ դոմենից ձախ, ընդհակառակը, դեպի դոմեն ավելի արագ գալիս են նոր էլեկտրոններ: Այս պրոցեսը պայմանավորում է դոմենի տեղաշարժը կատոդից անոդ(նկ. 51):

Հասնելով անոդին դոմենը վերանում է, բայց կատոդի մոտ ստեղծվում է նոր դոմեն, որը շարժվում է դեպի անոդ և այսպես շարունակ: Դոմենների վերացումը և նորերի ստեղծումն ուղեկցվում է Գաննի դիոդի դիմադրության պարբերական փոփոխմամբ, որի հետևանքով առաջանում են դիոդի հոսանքի տատանումներ, որոնց հաճախությունը դոմենի ճանապարհի (անոդից կատոդ) փոքր երկարության դեպքում գտնվում է ԳԲՀ տիրույթում: Այդ տատանումների հաճախությունը`

որտեղ V_Դ-ն դոմենի արագությունն է, որը գալիումի արսենիդում մոտավորապես 10⁷ սմ/վ է, l -ը կիսահաղորդչի երկարությունն է(Գաննի դիոդում այն սովորաբար մի քանի միկրոմետր է): Այստեղից հետևում է, որ, օրինակ` l=10 մկմ-ի դեպքում տատանումների հաճախությունը` f = 10⁷/10^-3= 10¹⁰ Հց = 10 ԳՀց է:

Գաննի դիոդների կարևոր առանձնահատկությունն այն է, որ աշխատում է ամբողջ կիսահաղորդիչը, ոչ թե նրա միայն մի մասը` p-n անցումը: Այդ պատճառով Գաննի դիոդներում թույլատրելի են մեծ հզորություններ: Ներկայումս այդ դիոդները անընդհատ ռեժիմում գեներացնում են տասնյակ վատտ, իսկ իմպուլսային ռեժիմում` մի քանի կիլովատ հզորություն,  միավորներից մինչև տասնյակ տոկոս օ.գ.գ.-ի դեպքում: Տեսական հաշվարկներով կարելի է ստեղծել Գաննի դիոդ` տասնյակ գիգահերցերի տիրույթում, իմպուլսային ռեժիմում` մինչև հարյուր կիլովատ հզորությամբ:

>>

 

 

3.11. ՏՐԱՆԶԻՍՏՈՐՆԵՐԸ

Դասընթացում ուսումնասիրելու ենք տրան­զիստորային ուժեղարարները` նշելով այլ ուժեղարարների առանձնակատ­կությունները, ուստի համառոտ անդրադարձ կատարենք տրանզիստորներին:

Տրանզիստորը կիսահաղորդչային եռէլեկտրոդ(կամ քառէ­լեկ­տրոդ) ուժեղարար տարր է: Տարբերում են երկբևեռ և համաբևեռ կամ դաշտային տրանզիստորներ:

Երկբևեռ տրանզիստորը կառավարվում է մուտքային հոսանքով, իսկ դաշտայինը` լարմամբ(դաշտով), ուստի վերջինս ունի անհամեմատ մեծ մուտքային դիմադրություն, քան` երկբևեռը:

 

 

3.11.1. Երկբևեռ տրանզիստորի կառուցվածքն ու աշխա­տանքը

Երկբևեռ տրանզիստորը երկու p-n անցմամբ կիսահաղորդ­չային տարր է, որի անցումներից մեկին(բազա-էմիտեր անցում, բազային անցում) կիրառվում է ուղիղ(p-ին` դրական, n-ին` բացասական), մյուսին(կոլեկտոր-բազա անցում, կոլեկտորային անցում)` հակառակ լարում:

Տրանզիստորը, ինչպես երևում է նկարից, կազմված է երեք տիրույթից: Միջին տիրույթը կոչվում է բազային տիրույթ (էլեկտրոդը` բազա, Բ), եզրային տիրույթներից մեկը` էմիտե­րային տիրույթ(էմիտեր, Է), մյուսը` կոլեկտորային տիրույթ (էլեկտրոդը`կոլեկտոր Կ):

Երկբևեռ տրանզիստորները և դրանց գրաֆիկական նշանա­կումները պատկերված են նկ. 1-ում: Դրանք ըստ կառուցվածքի լինում են երկու տեսակի` n-p-n (նկ. 52. ա) և p-n-p(նկ. 52. բ):

Երկու անցումների հեռավորությունը, այսինքն` բազային տիրույթի լայնությունը, շատ փոքր է` միավոր միկրոմետրեր: Բացի այդ, բազային տիրույթում խառնուրդների խտությունը շատ փոքր է կոլեկտորային տիրույթի, և առավել ևս  էմիտերային

տիրույթի խտություններից:

 Կախված անցումներին կիրառված լարումների ուղղու­թյուն­ներից` տարբերում են տրանզիստորների աշխատանքի երեք ռեժիմ` ակտիվ, հատման և հագեցման:

Ակտիվ ռեժիմում էմիտերային անցումը բաց է, կոլեկտորայինը` փակ: Հատման ռեժիմում երկու անցումներն էլ ունեն հակառակ շեղում: Հագեցման ռեժիմում և’ էմիտերային, և’ կոլեկտորային անցումներն ունեն ուղիղ շեղում: Հնարավոր է նաև չորրորդ ռեժիմը, երբ էմիտերային անցումը փակ է, իսկ կոլեկտորայինը` բաց, սակայն այն չի կիրառվում, ուստի չենք քննարկի:

Ուժեղարարներում և գեներատորներում հիմնականում կի­րառ­­վում է ակտիվ ռեժիմը: Տրանզիստորի աշխատանքի հատ­ման և հագեցման ռեժիմները բնորոշ են իմպուլսային սարքերին:

Դիտարկենք ֆիզիկական պրոցեսները երկբևեռ` օրինակ` n-p-n տիպի տրանզիստորում:

Երբ էմիտերային անցմանը լարում չի կիրառված, նրանով գործնականորեն հոսանք չի անցնում: Այս դեպքում կոլեկտո­րային անցումը հաստատուն հոսանքի նկատմամբ կդրսևորի մեծ դիմադրություն, քանի որ հիմնական լիցքակիրները կոլեկտո­րա­յին հակառակ շեղման ազդեցությամբ հեռանում են անցման տիրույթից դեպի կիսահաղորդիչների խորքերը և անցման սահմանին առաջանում է հիմնական լիցքակիրներից աղքատ տիրույթ:             

Երբ միացված են միայն հաստատուն E1 և E2 լարումների աղբյուրները(նկ. 53), այսինքն` էմիտերային անցմանը տրվում է ուղիղ շեղում, իսկ կոլեկտորային անցմանը` հակառակ, ընդ որում` էմիտերային անցման դիմադրությունը փոքր է, և այս անցումով հոսանք անցնելու համար բավական է, որ E1 լարումը լինի ընդամենը տասնորդական վոլտեր:

Կոլեկտորային անցման դիմադրությունն, ընդհակառակը, շատ մեծ է. E2 լարումը սովորաբար լինում է միավոր, երբեմն` տասնյակ վոլտեր: Նկ. 71-ից երևում է, որ տրանզիստորի էլեկտրոդների լարումները կապված են հետևյալ առնչությամբ.

Ակտիվ ռեժիմում, սովորաբար,  

Կոլեկտորային անցումով կանցնի միայն ոչ հիմնական լիցքակիրներով, այսինքն` p տիրույթից դեպի n տիրույթ անցնող էլեկտրոններով և n տիրույթից դեպի p տիրույթ անցնող խոռոչներով պայմանավորված աննշան հակառակ հոսանք:

Տրանզիստորի աշխատանքի սկզբունքը հետևյալն է. էմիտերային անցման ուղիղ շեղման ազդեցությամբ Էմիտերի տիրույթի հիմնական լիցքակիրները(n-p-n տրանզիստորում` էլեկտրոնները, p-n-p-ում` խոռոչները) անցնում են բազային տիրույթ, որը նախ` անհամեմատ նեղ է, քան էմիտերի և կոլեկտորի տիրույթները, և երկրորդ` թույլ է լեգիրացված:

Բազային տիրույթում գործում է հիմնական լիցքակիրներն արագացնող`  բազա-էմիտեր լարումը շատ անգամ գերազանցող կոլեկտոր-բազա լարման դաշտը, որի ազդեցությամբ հիմնական լիցքակիրների մեծագույն մասն անցնում է կոլեկտորային տիրույթ, և միայն չնչին մասն է բազայում ռեկոմբինացվում` այսու ձևավորելով բազային հոսանք: Այսպիսով, էմիտերային հոսանքի չնչին փոփոխությունները, որոնք հետևանք են բազա-էմիտեր լարման փոփոխությունների, առաջացնում են կոլեկտո­րային հոսանքի հսկայական փոփոխություններ: Սա է տրանզիս­տորի ուժեղացնող հատկության պատճառը:

Ակնհայտ է, որ

Որ­պես­զի բազային հոսանքը լինի նվազագույնը, բազային շերտը վերց­նում են շատ բարակ, խառնուրդների պարունա­կությունը` ցածր(այս դեպքում քիչ էլեկտրոններ կռեկոմբինաց­վեն բազայում):

>>

 

 

3.11.2.  Երկբևեռ տրանզիստորի բնութագրերը

Երկբևեռ տրանզիստորի մուտքային բնութագիր է կոչվում

կախումը(նկ. 54):

 

Երկբևեռ տրանզիստորի ելքային բնութագիր է կոչվում

 

կախումը, որոնցից առաջինի գծանկարը բերված է նկ. 55–ում:

Կոլեկտորային հոսանքի կախումը կոլեկտոր-էմիտեր լարումից շատ թույլ է.

 

Երկբևեռ տրանզիստորի անցումային բնութագիրը (կոլեկտո­րային հոսանքի կախումը բազա-էմիտեր լարումից, նկ. 56) որոշվում է Էբերս-Մոլի բանաձևով`

որտեղ I_S-ը կոլեկտոր-բազա հակադարձ հոսանքն է, U_T=(kT)/e-ն (k-ն Բոլցմանի հաստատունն է, T-ն` ջերմադի­նամիկական ջերմաստիճանը, e-ն` էլեկտրոնի լիցքը): Սենյա­կային ջերմաս­տի­ճանում(300Կ)  

Հակադարձ հոսանքի կախումը կոլեկտոր-բազա լարումից բավական թույլ է, մինչդեռ ջերմաստիճանից` խիստ ուժեղ է.

10Կ-ով ջերմաստիճանի աճը հանգեցնում է հակադարձ հոսանքի, ուստի և` կոլեկտորային հոսանքի կրկնապատկմանը,

Ջերմային կախման թուլացման նպատակով անհրաժեշտ է ձեռնարկել միջոցառումներ:

>>

 

 

3.11.3. Երկբևեռ տրանզիստորի պարամետրերը

Տրանզիստորների հատկությունները բնութագրվում են մի շարք պարամետրերով:

Բազային հոսանքի փոխանցման գործակիցը կամ ուժեղաց­ման գործակիցն ըստ հոսանքի`

Սա դիֆերենցիալ գործակիցն է, օգտագործվում է նաև ուժեղացման ստատիկ գործակիցը.

Այդ գործակիցների արժեքները շատ չեն տարբերվում(նկ. 57), ուստի հաճախ օգտվում են միայն  

Ժամանակակից տրանզիստորների ուժեղացման գործակից­ների արժեքները կազմում են մի քանի հարյուր, իսկ որոշ­նե­րինը(այսպես կոչված`«սուպերբետայով» տրանզիստոր­ներ­ինը)` հազարներ և տասնյակ հազարներ:

 

Էմիտերային հոսանքի ուժեղացման գործակիցները.

-  ստատիկ գործակիցը`

-  դիֆերենցիալ գործակիցը`

Վերջինիս արժեքն ընկած է 0,950-ից մինչև 0,998 միջա­կայքում:  

 

Հանգունորեն` 

Բնութագրի դիֆերենցիալ(դինամիկ) թեքությունը (դիքու­թյունը) ցույց է տալիս կոլեկտորային հոսանքի փոփոխման արագությունն ըստ բազա - էմիտեր լարման.

 

Այսպիսով, երկբևեռ տրանզիստորի դիքությունն ուղիղ համեմատական է կոլեկտորային հոսանքին:

Երկբևեռ տրանզիստորի էմիտերային տիրույթի դիմադ­րությունը`

 

հակադարձ համեմատական է կոլեկտորային հոսանքին:

Երկբևեռ տրանզիստորի բազային հոսանքը հավասար չէ 0-ի, ուստի այն ունի վերջավոր դիմադրություն`

որը հակադարձ համեմատական է կոլեկտորային հոսանքին:

Կոլեկտոր-էմիտեր դիմադրությունը`

որտեղ U_Y-ն Էրլիի պոտենցիալն է. p-n-p տրանզիստորներինը` U<sub>Y</sub> = (40…150) Վ, n-p-n տրանզիստորներինը` U_Y=(80…200) Վ:

Այսպիսով` կոլեկտոր-էմիտեր դիմադրությունը նույնպես հակադարձ համեմատական է կոլեկտորային հոսանքին:

Ըստ լարման հետադարձ փոխանցման գործակիցը`

Սա փոքր հոսանքների դեպքում դրական է, մեծ հոսանքների դեպքում` բացասական: Նրա բացարձակ մեծությունը չի գերազանցում 10^-4-ը, այնպես որ այն կարելի էր անտեսել, սակայն բարձր հաճախություններում, այնուամենայնիվ, հարկ է լինում այն հաշվի առնել: Այն հաշվի է առնվում նաև կոլեկտոր-բազա ունակության դիտարկման դեպքում:

>>

 

4. ՈՒԺԵՂԱՐԱՐՆԵՐ

ՈՒժեղարար է կոչվում այն սարքը, որը սնման աղբյուրի էներգիայի հաշվին մեծացնում է մուտքային ազդանշանի հզորու­թյունը: ՈՒժեղացումն իրականացվում է ըստ հետևյալ ընդհան­րացված կառուցվածքային սխեմայի(նկ. 58):

Սխեմայում  1-ը սնման աղբյուրն է 2-ը` ազդանշանի աղբյուրը, 3-ը` բուն ուժեղարարը, 4-ը` ուժեղարարի բեռը:

>>

 

4.1. ՈՒԺԵՂԱՐԱՐՆԵՐԻ ԴԱՍԱԿԱՐԳՈՒՄԸ

ՈՒժեղարարները դասակարգվում են,

ա) Ըստ ուժեղացվող ազդանշանի բնույթի`

-հաստատուն հոսանքի,

- փոփոխական հոսանքի,

բ) ըստ ուժեղացվող ազդանշանի պարամետրերի`

- լարման,

-  հոսանքի,

- հզորության,

գ) ըստ հաճախային հատկությունների`

- ցածր հաճախության,

-  բարձր հաճախության,

-  լայնաշերտ,

դ) ըստ աղմկային հատկությունների`

-  սովորական,

-   նվազաղմուկ,

ե) ըստ ազդանշանի տեսքի`

- ներդաշնակ ազդանշանի,

-  իմպուլսային ազդանշանի,

զ) ըստ բեռի տեսակի`

-  ռեզիստիվ,

-   ռեզոնանսային(շերտային),

է) ըստ ակտիվ տարրի միացման եղանակի`

- ընդհանուր էմիտերով(ակունքով, կատոդով),

- ընդհանուր բազայով (փականով, ցանցով),

- ընդհանուր կոլեկտորով(սպառիչով, անոդով) կամ էմիտե­րա­յին(ակունքային, կատոդային) կրկնիչ:

>>

 

 

4.2. ՈՒԺԵՂԱՐԱՐԻ ՊԱՐԱՄԵՏՐԵՐԸ

ՈՒժեղարարը ակտիվ քառաբևեռ է, որը բնութագրվում է բազմաթիվ բնորոշ պարամետրերով ու բնութագրերով: Դրանք հանգամանորեն բերվում են ստորև:

ա) Անվանական ելքային հզորություն(P_Ե) է կոչվում ուժեղա­րարի ելքային հզորության այն առավելագույն արժեքը, որի դեպքում հարմոնիկների գործակիցը չի գերազանցում իր առավելագույն թույլատրելի արժեքը` որոշակի հաճախության դեպքում(ձայ­նային ուժեղարարի դեպքում` 1 կՀց):

բ) Նոմինալ ելքային լարումը(U_Ե) ներդաշնակ ազդա­նշանի միջին քառակուսային լարումն է, իսկ իմպուլսայինի` մեծու­թյունը(բարձրությունը):

գ)  Ելքային դիմադրությունը(Z_Ե) լրիվ դիմադրության մոդուլն է: Ընդհանուր դեպքում ելքային դիմադրությունը կոմպլեքս է`

նրա մոդուլը`

դ) Դեմպ‎ֆ‎երացման գործակիցը ելքային դիմադրության և բեռի դիմադրությանը հարաբերությունն է .

ե) Օգտակար գործողության գործակիցը ելքային P_Ե հզորության հարաբերությունն է սնման աղբյուրից սպառվող P₀ հզորությանը,

որը սովորաբար չի գերազանցում 60…70%-ը:

զ) Մուտքային դիմադրությունը

Մուտքային դիմադրությունը մուտքային լարման փոփոխու­թյան և մուտքային շղթայում նրա առաջացրած հոսանքի փոփո­խության հարաբերությունն է.

է) ՈՒժեղացման գործակիցները

- ըստ հզորության`

- ըստ լարման`

- ըստ հոսանքի`

որտեղ «Ե» ինդեքսով նշանակված են ելքային, իսկ «Մ» ինդեքսով` մուտքային, համապատասխանաբար` հզորությունը, լարումը, հոսանքը:

Լայնորեն օգտագործվում են ուժեղացման լոգարիթմական գործակիցները(դԲ)`

Ակտիվ մուտքային` Z<sub>Մ</sub>=U<sub>Մ</sub>/I<sub>Մ</sub> և ելքային` Z_Ե=U_Ե/I_Ե դիմադ­րությունների դեպքում ուժեղացման գործակիցն ըստ հզորու­թյան`

ը)  Թողանցման շերտը

Թողանցման շերտը f_Ս(ստորին) և ‎‎f_Վ(վերին) արժեքներով սահմանափակված հաճախաշերտն է, որտեղ ուժեղացման գործա­կիցը փոփոխվում է որոշ օրենքով` տրված ճշտությամբ: Օրինակ, ձայնային հեռարձակման, այսպես կոչված, Hi-Fi(High Fidelity` բարձրագույն հավաստիության) սարքի թողարկման շերտը 30 Հց-ից 15 կՀց-ն է` բնութագրի`  

թ) Ազդանշան/աղմուկ հարաբերությունը

Ազդանշան/աղմուկ հարաբերությունը ուժեղարարի թո­ղանց­ման շերտում օգտակար ազդանշանի և աղմուկի միջին հզո­րությունների(կամ լայնույթների միջին քառակուսային ար­ժեքների քառակուսիների) հարաբերությունն է(արտահայտվում է նաև դեցիբելներով).

կամ`                       

Երբ ազդանշան/աղմուկ հարաբերությունը 0 դԲ է, խոսակցությունը բոլորովին անհասկանալի է, 40 դԲ-ի դեպքում` ապահովվում է լավ որակ, իսկ 60 դԲ-ի դեպքում`աղմուկը գործնականում չի զգացվում:

ժ) Աղմուկի գործակիցը

Աղմուկի գործակից է կոչվում այն F թիվը, որը ցույց է տալիս, թե ուժեղարարի ելքում աղմուկի գումարային հզորությունը քա­նի անգամ է մեծ ազդանշանի աղբյուրի ներքին դիմադ­րու­թյան առաջացրած աղմուկից, եթե ուժեղարար տարրն անաղմուկ է:

Աղմուկի հզորությունը`

Այստեղից` ուժեղարարի ելքում աղմկային լարման բանաձևը.

Աղմուկի գործակիցը սովորաբար բնութագրվում է լոգարիթմական 

մեծությամբ:

Դիտարկենք մի օրինակ. ենթադրենք միկրոֆոնի ներքին դիմադրությունը 1 կՕհմ է, էլշուն(պարապ ընթացքի լարումը)` 0,2 մՎ, իսկ ուժեղարարի թողանցման շերտը` 15 կՀց: Պահանջ­վում է որոշել ուժեղարարի աղմուկի գործակիցը, եթե նրա ելքում ազդանշան/աղմուկ հարաբերության պահանջվող արժեքը պետք է լինի 50 դԲ:

որտեղից

Աղմուկի գործակիցը`

ուստի ուժեղարարի աղմուկի գործակիցը չպետք է գերազանցի

ժա) Զգայնությունը

ՈՒժեղարարի զգայնությունը նրա մուտքային ազդանշանի այն նվազագույն լայնույթն է (լարում, հոսանք, հզորություն), որի դեպքում բեռի վրա ստացվում է ելքային չաղավաղված ազդա­նշանի պարամետրի (լարման, հոսանքի, հզորության) պահանջ­վող մեծությունը` ուժեղարարի ելքում ազդանշան/աղմուկ  հարա­բերու­թյան տրված արժեքի դեպքում:

ժբ) Դինամիկական տիրույթը

ՈՒժեղարարի դինամիկական տիրույթը մուտքային ազդանշանի առավելագույն լայնույթի և զգայնության հարա­բերության լոգարիթմն է` ելքային ազդանշա­նի առավելագույն թույլատրելի աղավաղումների դեպքում: Մասնավորապես, ակուստիկ սարքերի ելքում ազդանշանի նվազագույն լարումը պետք է 6 ... 10 դԲ-ով բարձր լինի աղմուկի մակարդակից:

Համեմատության համար, օրինակ, սիմֆոնիկ նվագախմբի դինամիկական տիրույթը, այն է` նրա ստեղծած ձայնային առավելագույն ճնշման (ֆորտիսիմո) և նվազագույն ճնշման (պիանիսիմո) հարաբերության լոգարիթմի 20-ապատիկը, կազ­մում է 65 դԲ, մինչդեռ հաղորդավարի խոսակցության դինամի­կական տիրույթը միայն 25… 35 դԲ է:

Ցածր հաճախության ազդանշանի աղբյուրներին հատ­կանշական են սեփական (ներքին) խանգարումները ­(աղմուկ­ները), որոնք նեղացնում են դինամիկական տիրույթը: Այսպես, ածխային միկրո‎‎ֆոնի դինամիկական տիրույթը չի գերազանցում 30…40 դԲ-ը, մինչդեռ ստուդիական միկրո­ֆ‎ոններինը և ձայնագ­րիչներինը հասնում է 60…70 դԲ-ի:

ՈՒժեղարարի դինամիկական տիրույթը պետք է լինի ուժեղացվող ազդանշանի դինամիկական տիրույթից ոչ նեղ: Եթե ուժեղարարի դինամիկ տիրույթը ազդանշանի դինամիկա­կան տիրույթից նեղ է, ապա կիրառում են ուժեղացման կարգավո­րիչներ, սեղմիչ-ընդարձակիչներ և այլն:

>>

 

 

4.3. ՈՒԺԵՂԱՐԱՐԻ ԲՆՈՒԹԱԳՐԵՐԸ

4.3.1 ՈՒժեղարարի բնութագրերը կայացած ռեժիմում

Կայացած ռեժիմում ուժեղարարի  հիմնական բնութագրերը հետևյալն են.

ա) Դինամիկական բնութագրերը

ՈՒժեղարարի ոչ գծային հատկությունները լավագույնս բնու­թագրում է միջանցիկ դինամիկ բնութագիրը` ելքային լար­ման(հոսանքի) կախումը մուտքային էլշուից (էլշուի և մուտքային դիմադրության հարաբերությունից)` մուտքային ներդաշնակ ազ­դա­նշանի դեպքում. U_Ե=f(e_Մ), I_Ե=f(e_Մ), U_Ե=f(e_Մ/R_Մ), I_Ե=f(e_Մ/R_Մ): Սա ցույց է տալիս, թե ուժեղարարը որքանով է դրսևորում գծային համակարգի հատկություններ:

Փուլային շեղումից զերծ(կատարյալ) գծային ուժեղարարի միջանցիկ դինամիկ բնութագիրը սկզբնակետով անցնող ուղիղ է(նկ. 59):

Շատ մեծ մուտքային դիմադրությամբ ուժեղարարի համար կարևոր բնութագիր է ուղիղ փոխանցման  դինամիկ բնութագիրը, օրինակ` U_Ե=f(U_Մ):

բ) Լայնութային բնութագրերը

Այս բնութագրերն արտահայտում են ելքային ազդանշանի առաջին հարմոնիկի լայնույթի կախումը մուտքային ներդաշնակ ազդանշանի լայնույթից` UԵ1=f(UՄ) կամ IԵ1=f(UՄ), որոնք կարող են ունենալ նկ. 60–ում բերված տեսքը:

  Բնութագրերի սկզբնական մասում մնացորդային ելքային լարման պատճառը ներքին աղմուկներն են:

Բնութագրի վերջին մասի շեղումը գծայնությունից պայմա­նավորված է ուժեղարարի ոչ գծային հատկություններով:

 

գ)  Փոխանցման ֆունկցիան

Լայնութահաճախային և փուլահաճախային բնութագրերը որոշվում են փոխանցման ‎ֆունկցիայով:

Ուժեղարարի փոխանցման ֆունկցիա է կոչվում

ֆունկցիան, որտեղ

իրական գործակիցներով     կախված բազմանդամներ են:

Եթե M(P)-ն և N(P)-ն կարող են վերլուծվել գծային արտադ­րիչների, ապա`

որտեղ z₁, z₂… z_m-ը` M(p)=0, իսկ p<sub>1</sub>, p<sub>2,</sub> …, p<sub>m</sub>-ը` N(p)=0 հավասարման լուծումներն են: Առաջինները կոչվում են փոխանցման ֆունկցիայի 0-ներ, իսկ երկրորդները` բևեռներ: Արմատները կարող են լինել ինչպես իրական, այնպես էլ` կոմպլեքս համալուծ զույգեր, ընդ որում` կայուն շղթայի բնութագրիչ հավասարման արմատների իրական մասերը բացասական են: 

Որպեսզի շղթան իրականանալի լինի, անհրաժեշտ է և բա­վարար, որ  դեպքում փոխանցման (ուժե­­ղաց­ման) գործակիցը ձգտում է վերջավոր արժեքի:

Փոխանցման գործակցի մոդուլի կախումը հաճախությունից, կոչվում է լայնութահաճախային, իսկ մուտքայինի նկատմամբ ելքային ազդանշանի փուլի տեղաշարժի կախումը հաճախու­թյունից ` փուլահաճախային բնութագիր:  

դ) Լայնութահաճախային բնութագիրը

Փոխանցման գործակցի մոդուլի կախումը հաճախությունից կոչվում է լայնութահաճախային բնութագիր:

Լայնութահաճախային  բնութագիրը ուժեղացման գոր­ծակցի(նորմավորված) կախումն է մուտքային ազդանշանի հաճախությունից(նկ.61):

Այն հաճախությունները, որոնց համապատասխան ուժե­ղացման գործակցի արժեքները  անգամ փոքր են նրա առավելա­գույն արժեքից, կոչվում են ստորին և վերին  հաճախու­թյուններ (f_Ս, f_Վ):

Սովորաբար որպես ուժեղարարի թողանցման շերտ է ընդունվում լայնութահաճախային բնութագրի այն հաճախա­շերտը, որին համապատասխանում են ուժեղացման գործակցի   արժեքները (նկ. 61-ում`  [f_Ս, f_Վ] միջակայքը):

ե)  Փուլահաճախային բնութագիրը

Փուլահաճախային բնութագիրը մուտքային ազդանշանի փուլի նկատմամբ ելքային ազդանշանի փուլի տեղաշարժի (շեղման)կախումն է հաճախությունից(նկ. 62):

Այն էական դեր ունի ուժեղարարների կայունության գնա­հատ­ման, գեներատորների կառուցման ժամանակ չմարող տատանումների պահպանման և այլ խնդիր