• Ешқандай Нәтиже Табылған Жоқ

Алматы Энергетика және Байланыс Институты

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2023

Share "Алматы Энергетика және Байланыс Институты"

Copied!
46
0
0

Толық мәтін

(1)

Коммерциялық емес

акционерлік қоғам

ӨНДІРІСТІК ЭЛЕКТРОНИКА

5В071800 – Электр энергетикасы мамандығының

Студенттері үшін зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулықтар

Алматы 2018

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ

БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

Электроника және

роботтехникасы кафедрасы

(2)

ҚҰРАСТЫРУШЫ: Кожамбердиев К.О. Өндірістік электроника.

5В071800 – Электр энергетикасы мамандығының студенттері үшін зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулықтар – Алматы: АЭжБУ, 2018. – 46 б.

Әдістемелік нұсқаулықтар зертханалық жұмыстарды орындауға арналған жұмыс мақсаты мен теориялық мәліметтерден тұрады. Әр зертханалық жұмыстың соңында бақылау сұрақтары келтіріліп, қосымшаларда зертханалық жұмыстарды орындау үшін сұлбалар берілген.

Әдістемелік нұсқаулықтар құрамында электрондық құрылғылары бар пәндер оқытылатын басқа да мамандықтарға арналады.

Пікір беруші: аға оқытушы Үргенішбаев К.М.

«Алматы энергетика және байланыс университеті» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2018 жылғы жоспары бойынша басылады.

© «Алматы энергетика және байланыс университеті» КЕАҚ, 2018 ж.

(3)

3 Мазмұны

1. Жұмысқа алдын ала дайындық ……… 4

2. Жұмысты орындау………. 4

3. Есептеме құру………... 4

4. №1 зертханалық жұмыс. Жартылай өткізгіш диодты зерттеу... 5

5. №2 зертханалық жұмыс. Кремнийлі стабилитронды зерттеу... 10

6. №3 зертханалық жұмыс. Ортақ эмиттер сұлбасы бойынша қосылған биполярлы транзисторды зерттеу ………... 14

7. №4 зертханалық жұмыс. Ортақ база сұлбасы бойынша қосылған биполярлы транзисторды зерттеу ……….. 24

8. №5 зертханалық жұмыс. Өрістік транзисторды зерттеу...…… 28

9. № 6 зертханалық жұмыс. Тиристорды зерттеу...………. 34 Әдебиеттер тізімі...

Қосымшалар...

42 44

(4)

4

I. ЖҰМЫСҚА АЛДЫН АЛА ДАЙЫНДЫҚ

Студент өз жұмысының мақсатын қоя білуі керек, зерттелетін сұлбалар элементтерін таңдау мен радиөлшегіш аппаратураларды пайдалану ережелеріне саналы түрде қарауы керек. Сондықтан әр жұмыс алдында студент теориялық материалды зерттейтін, бақылау кестелерін дайындайтын, жұмыс жүргізуге қажетті құралдармен және жабдықтармен танысатын алдын ала дайындығы қажет. Дайындықты аяқтағаннан кейін студенттер бақылау сұрақтарына жауап беруі керек.

II. ЖҰМЫСТЫ ОРЫНДАУ

Қауіпсіздік техника ережелері. Электронды сұлбалар жұмысын зерттеу жоғары кернеулерді қолданумен тығыз байланысты. Сондықтан зертханалық жұмыстарды орындай отырып, қауіпсіздік техника ережелерін сақтау қажет:

1) жұмысқа кірісе отырып, электр қуат көзімен, олардың қосылуымен және сөндірілуімен танысу керек;

2) жұмысты бастар алдында тізбекте бар барлық реостаттарды орнату керек, ал потенциометрді – шығару қажет;

3) сызбаларды құрастыру аяқталғаннан кейін, оқытушы немесе зертханашы оны тексеруі қажет және қуат көзін қосуға рұқсат беруі керек;

4) кернеудегі қысқыштарға қолмен тиюге тыйым салынады;

5) құралдар қысқыштарында немесе сызбалар элементтерінде кернеудің бар екенін тек өлшегіш құралмен ғана тексеру қажет;

6) сызбадағы барлық өзгертулерді немесе олардың жарамсыздығын жоюды, қуат көзін толық сөндіргеннен кейін ғана іске қосуға болады;

7) өлшеп болғаннан кейін алынған нәтижелерді оқытушыға көрсету керек, рұқсат алған соң зерттелетін сызбаны бөлшектеуге кірісу қажет;

8) егер сызба қуат көзінен ажыратылмаған болса, сызбаны бөлшектеуге тыйым салынады;

9) сызбаны бөлшектей отырып, жалғағыш сымдарды ұқыпты жиып қою, құралдарды арнайы орындарға орнату.

Сызбаларды құрастыру және сынап көру

Бөлшектерді шассиға орналастыру, зерттелетін құрылғының принципті сызбасына сәйкес іске асады. Барлық бөлшектер орнатылуы керек және жалғағыш сымдарда минималды ұзындық болатындай және мүмкіндігінше қиылыспайтындай етіп құрастырылуы керек.

Құрастыру аяқталғаннан кейін, сызбаны мұқият тексеру қажет және процесс кезінде қуат көзі мен өлшеу құралдары дұрыс жұмыс істеп тұрғанына, сызба элементтері дұрыс жиналғанына және сызба тапсырмаға сәйкес зерттеу жүргізуге дайын екеніне көз жеткізе отырып оны сынап көру керек. Радиоөлшегіш құралдарды қосу алдында олардың техникалық сипаттарына сәйкес пайдалану ережелерімен танысу қажет.

(5)

5

Зерттеу жүргізу. Сызбаны зерттеуді тапсырмаға сәйкес жүргізеді.

Зерттеу процесінде құралдар мен құрылғылардың негізгі сипаттарын алады, олардың параметрлерін анықтайды, негізгі сапалы көрсеткіштердің жұмыс режіміне, сызба бөлшектерінің номиналына тәуелділігін орнатады және т.б.

Алныған мәліметтерді бақылау кестесіне салады, сол мәліметтер бойынша графиктер орнатады және алынған нәтижелерді талдайды

III. ЕСЕПТЕМЕ ҚҰРУ

Орындалған зертханалық жұмысты әр студент өздігінше есептеме түрінде ресімдейді. Тақырыбында нөмірді, нақты атауын және жұмыс мақсатын көрсетеді. Есептеме құру кезінде қолданылған аппаратураны қысқаша сипаттауы керек, электр сызбаларын, кестелер мен графиктерді

«Есептеме мазмұны» бөліміндегі кеңестерге сәйкес қояды. Әр кестеде оның мазмұнына сәйкес атауы болуы керек. Графиктерде бақылаудың қай тәжірибесіне және кестесіне жататынын көрсетеді, координаталар осінде қандай бірлік шегерілгенін және ол қандай бірлікте өлшенетіні, масштабы қандай екенін міндетті түрде көрсетеді.

Экспериментті түрде алынған мәліметтер негізінде, қорытындыда теория тарапынан алынған нәтижелерге қысқаша түсіндірмелер бар қысқа қорытынды жасау керек. Бұл қорытынды сипаты мен көлемі жұмыстың нақтылы мазмұнымен анықталады. Есептемеге студен қол қоюы керек.

(6)

6

№1 зертханалық жұмыс

ЖАРТЫЛАЙ ӨТКІЗГІШ ДИОДТЫ ЗЕРТТЕУ

Жұмыс мақсаты: вольт-ампер сипатамасын алу және жартылай өткізгішті диод параметрлерін анықтау.

Теориялық мәліметтер

Жартылай өткізгішті диод теп екі электродты құралды айтады, оның негізін электронды-кемтік өткел құрайды. Кремний мен германийдан дайындайды. Диод құрылысы облысының бірі эмиттер деп аталады, сол себепті оған көбірек қоспа қосылған, база деп аталатын басқа облыстарға қарағанда негізгі тасымалдаушылардың көп шоғырлауына ие. Сондықтан тік тоқ өту кезінде тасымалдағыштар эмиттерден базаға қарай сорылады. База мен эмиттерде арнайы шығару облысы бар, оның көмегімен диод электр тізбегіне қосылады. Жартылай өткізгішті диодтағы вентильді қасиеттер р-п өтпелерінің бар болуы себепті пайда болады.

Бұл өткелдердің құрылу кезінде электрондардың п типті жартылай өткізгіштен р типті жартылай өткізгішке өтуі (диффузия) басталады. р-п өтпелеріне жақын жерде қайта әрекет ету (рекомбинация) болады – электрондар кемтік жерге орналасады. Сол себепті шекаралық аймақта зарядтардың еркін тасымалдағыштары күрт азаяды, бұл п/р өткізгіштерінің шекаралық қабаттар кедергісін арттырады

Жоғары кедергі облысы бекіту қабаты деп аталады. Кемтіктердің р типті жартылай өткізгіштен п типті жартылай өткізгішке өту нәтижесінде, р типті жартылай өткізгіште жылжымайтын теріс зарядтар қабаты пайда болады.

Соған ұқсас п жартылай өткізгіштігінде жылжымайтын оң зарядтар қабаты құрылады. Бұл екі қабат оң және теріс зарядтар бекіту қабатының потенциал айырмасын (потенциалдардың түйіспелік айырымын) құрады және электрондардың п типті жартылай өткізгішінен р типті жартылай өткізгішке жылжуына және кемтіктердің кері қозғалысына кедергі болатын оның электр өрісін Ек құрады.

Электрондар мен кемтіктердің р-п өтпелері арқылы диффузиялық қозғалысы диффузиялық тоқ құрады.

Негізгі зарядтардың диффузиялық қозғалысына кедергі болатын Ек өрісі зарядтардың қосалқы тасымалдағыштарының: п типті жартылай өткізгіштен р типті жартылай өткізгішке өтетін кемтіктер және электрондардың р типті жартылай өткізгіштен п типті жартылай өткізгішке өту қозғалысы үшін жылдамдатушы болып табылады.

Бұл өріс әрекетімен зарядтың қосалқы тасымалдағыштары, диффузиялық тоққа қарсы бағытталған дрефтік тоқ құра отырып р-п өтпелері арқылы оңай ауысады. Сыртқы кернеу жоқ болған кезде диффузиялық және дрейфтік тоқ өлшем бірлігі бойынша тең және жиынтық тоқ нөлге тең.

(7)

7

р-п өтпелеріне сыртқы кернеу әкелеміз. Басында минус батареяларды – п типті жартылай өткізгішке, ал плюс – р типті жартылай өткізгішке қосамыз.

Бұл жағдайда, берілген кернеу полярлығы бекіту қабатының полярлығына кері, және р-п өтпелерінің түйіспелі айырымы азаяды.

Бұдан басқа, сыртқы кернеу ықпалынан п және р типті жартылай өткізгіштеріндегі негізгі зарядтар тасымалдағышы р-п өтпелеріне жақындайды, бекіту қабатын толтырады және оның жалпақтығын азайтады.

Мұндай сыртқы кернеуді қосу тура немесе өткізу деп аталады. Кернеуді арттыруға қарай бекіту қабатының кедергісі азаяды, ал тізбектегі тоқ артады.

Батареяны қосу полярлығын өзгертеміз. Минус батареяны р типті жартылай өткізгішке, ал плюс – п типті жартылай өткізгішке қосамыз.

Мұндай жағдайда берілген кернеу полярлығы бекіту қабатының полярлығына сәйкес келеді және р-п өтпелерінің потенциалдар түйіспелі айырымы артады.

Сыртқы кернеу әсерінен екі жартылай өткізгіштегі негізгі заряд тасымалдағыштар шекарадан жойылады, бекітуші қабат үлкейеді және оның кедергісі артады. Батареяның мұндай қосылуы айнымалы немесе бекітуші деп аталады. Мұндай қосу кезінде негізгі заряд тасымалдағыштармен құрылатын тоқ күрт азаяды. Сыртқы тізбектегі тоқ негізгі заряд тасымалдағыштар қозғалысымен анықталады. Айнымалы деп аталатын тоқ батареяны тура қосу (тікелей тоқ) кезіндегі тізбектен өтетін тоқтан жүздеген есе аз.

Сондықтан, екі жартылай өткізгіштердің әртүрлң типтермен (р-п өтпелері) түйісуі әртүрлі бағытта бірдей кедергіге ие емес және сондықтан айнымалы тоқты түзетуге қолданылуы мүмкін. Жартылай өткізгішті диодты жұмыс принципі осыған негізделген.

Германий және кремний диодтары кеңінен қолданылады. Олар жазықтықты және нүктелі болып бөлінеді.

Жазықтықты диодтар айнымалы тоқты түзету үшін, ал нүктелі диодтар детекторлау үшін қолданылады.

Жазықтықты диодта п типті германий кристалына индийдің кішкене кесегін қояды. Шамамен 5000С температурада индий германийдің үстінде ериді және оған кіреді. Германий бөлігі индий тамшысында ериді.

Салқындаған соң индий мен германий кристалының арасында р типті өткізгіштікке ие қабатты құрады. Ұйып қалған тамшы кемтік қабатпен электр түйісуіне қызмет етеді, ал германиймен түйісу қорғасын немесе қалайымен орындалады.

Нүктелі диодта п типті германийдің вольфрамды сыммен түйісуі құрылған.

Нүктелі диодтарда р-п өтпелері алаңының аздығы себепті электрод аралық сыйымдылық аз. Сондықтан оларды жоғарырақ жиілікте қолдануға болады. Бірақ түйісу алаңының азаюы рұқсат қуаттың таралу бірлігін азайтады. Бұдан басқа, олар айнымалы кернеудің аз бірлігіне ие.

Жартылай өткізгіштер және олардың қасиеті. Жартылай өткізгіштер үлесті электр өткізгіштігінің мәні бойынша металл өткізгіштер мен диэлектрик арасындағы аралық күйді алады. Жартылай өткізгішті техникада

(8)

8

кеңінен таралған әдеттегі жартылай өткізгіштер германий және кремний болып табылады. Кемтік немесе электронды өткізгіштік басымдығына қарай р-жартылай өткізгіштер және n-жартылай өткізгіштер деп бөледі. р-жартылай өткізгіште негізгі заряд тасымалдағышы кемтіктер, ал п -жартылай өткізгіштерде электрондар болып табылады. Электр өрісінің әсерінен жартылай өткізгіште зарядтар тасымалдағышының бағытталған орын ауысу пайда болады: кемтіктер – өріс кернеулігінің вектор бағыты бойынша (дрейфтік токтың кемтік құрамдас бөлігі) және еркін электрондардың қарсы бағытты орын ауысуы (дрейфтік токтың электронды құрамдас бөлігі).

Қоспалы жартылай өткізгішке негізгі емес заряд тасымалдағыштарды электр өрісінің көмегімен енгізу кезінде, олардың шоғырлауын жартылай өткізгіштің жеке облыстарында айтарлықтай өзгертуге болады. Бұның себебінен осы облыстың электрлік бейтараптығын бұзады және жартылай өткізгішті көлемінде шоғырлау градиентінің пайда болуына әкеледі Сондықтан артық зарядтарды тасымалдағыштар диффузия салдарынан градиент бағытына қарама-қарсы бағытта ауысады.

Вольт – ампер сипаттамасы. Характеристика р - п – өтпелерінің сипаттамасы екі тарамнан тұрады: тікелей ток режімінде тәуелділікті U = ƒ( I ) көрсететін оң және осы тәуелділікті р - п – өтпелерінің айнымалы ток режімі үшін суреттейтін сол тарам (1-сурет).

1-сурет. Диодтың вольт – ампер сипаттамасы

Тікелей ток өтуі кезінде вентильдегі кернеудің түсуі р - п – өтпедегі кернеу түсуден және жартылай өткізгіш көлеміндегі кернеу түсуден болады.

Тікелей ток аз болған жағдайда екінші құрамдас бөлік шамалы және анықтаушы боп р - п – өтпедегі кернеудің түсуі болып табылады. Төменгі шекті кернеу деп аталатын оның шекті мәні жартылай өткізгіштің негізгі материал сапасына, қозғалмалылығына және еркін зарядтар тасымалдағыштардың өмір сүру уақытына байланысты. Кремнийлі вентильдер үшін төменгі шек кернеуі 0,3 - 0,4 В құрайды.

(9)

9

Тікелей токты арттыру кезінде вентильдегі кернеудің жалпы түсуіне жартылай өткізгіш көлеміндегі құрамдас бөліктің түсуі көбірек әсер береді.

Бұл төменгі шектен асатын кернеу түсу кезінде тікелейге жақындайтын нақты вольт-ампер сипаттамасының оң тармақ формасына әсер етеді. Ол шамалы түрде теңдеумен көрсетіледі

UпрU0IпрRпр, (1.1) R тік- вентильдің эквивалентті ом кедергісі; I тіквентильдің тікелей тогы.

Кв шамасын анықтау үшін 1 В кернеу кезіндегі тікелей және айнымалы ток мәнін алу қажет және формулаға қою керек:

Кр = , (1.2) Вакуумды диодтарға қарағанда жартылай өткізгішті диодтар артықшылығы:

Катод қызбайды; кернеу шамалы түседі, жоғары ПӘК, салмағы аз, габариттер, үзақ мерзімді қызмет ету.

Диод кемшілігі олардың температура мен ылғалдылық параметрлеріне тәуелділігі болып табылады.

Жұмысты орындау тәртібі 1. Сызбаны жинау және сынап көру (Қосымша қар. ).

2. Диодқа қойылған тікелей кернеу кезінде вольт-ампер сипаттамасын I пр = f (U тік) алу.

3. Диодқа қойылған айнымалы кернеу кезінде вольт-ампер сипаттамасын I айн = f 1(U айн) алу.

4. Диодтың вольт-ампер сипаттамасын құру.

5. Дифференциалды кедергіні Rд анықтау, тұрақты токка кедергі R o, түзету коэффициентыK B.

Есептеме мазмұны 1) Нақты атауы және жұмыс мақсаты.

2) Жұмысты орындаудың қысқаша жоспары.

3) Зерттелетін диодтың негізгі мәліметтер кестесі.

4) Бақылау кестесі.

5) Диодтың вольт-ампер сипаттамасының графигі.

6) Дифференциалды кедергіні түзету коэффициентінің есебі, тұрақты токка кедергі.

7) Жұмыс туралы қысқаша қорытынды.

8) Бақылау сұрақтарына жауап.

(10)

10

Бақылау сұрақтары:

1) Диод әрекетінің принципі.

2) Зерттеу сызбасының элементтер тағайындауын түсіндіріңіз.

3) Осы зертханалық жұмыста қандай сипаттамалар және қалай алынады?

4) Температура жартылай өткізгішті диодтың вольт-ампер сипаттамасына қалай әсер етеді?

5) Жартылай өткізгішті диодтар нұсқаулығы, таңбалауы және шартты белгілері туралы айтып беріңіз?

6) р-п өтпелерінің вентильді әрекетін түсіндіріңіз.

7) Нүктелі және жазықтықты жартылай өткізгішті диодтардың ерекшелігі қандай?

8) Жартылай өткізгішті диодтың вольт-ампер сипаттамасын құрыңыз және түсіндіріңіз.

9) Түзеткіш жартылай өткізгішті диодтар қандай параметрлермен сипатталады?

10) Жартылай өткізгішті диодтар сипаттамасы мен параметрлеріне қоршаған орта температурасы қалай әсер етеді?

11) Р-п өтпелерінің сыйымдылығы дегеніміз не және берілген кернеу шамасына қалай тәуелді?

12) Егер жұмыс кернеуі бір диодтың рұқсат айнымалы кернеуінен асып кетсе, қандай жартылай өткізгішті диодтар қосылады?

13) Егер жұмыс тогы бір диодтың рұқсат тогынан асып кетсе, қандай жартылай өткізгішті диодтар қосылады?

14) Жартылай өткізгішті диодтардың вакуумдымен салыстырғанда артықшылықтары мен кемшіліктерін атаңыз.

15) Жартылай өткізгішті диодтардың түзеткіш сызбаларда қолданылуы туралы айтып беріңіз.

№2 зертханалық жұмыс

КРЕМНИЙЛІ СТАБИЛИТРОНДЫ ЗЕРТТЕУ

Жұмыс мақсаты: ВАС алу және кремнийлі стабилитрон параметрлерін анықтау.

Теориялық мәліметтер

Кремнийлі стабилитрон – бұл кернеуді тұрақтандыру, оның деңгейін бекіту үшін қолданылатын қорытылған кремнийлі диод. Оларды тағы да тірек

(11)

11

диодтары деп атайды, себебі олардан алынатын тұрақты кернеу эталонды ретінде қолданылады.

Жартылай өткізгішті вольт – ампер сипаттамасы электр ойығы облысында кернеуді тұрақтандыру үшін қолданылатын орын бар. Кремнийлі жазықтықты диодтардағы мұндай орын кең шектегі айнымалы ток өзгерістеріне сәйкес келеді. Сондай-ақ ойық пайда болғанша айнымалы ток өте аз, яғни тұрақтандыру режімінде ол тікелей ток сияқты болады. Осылайша стабилитронның жұмыс орны айнымалы токтың көшкін тәрізді өсуіне сәйкес келетін вольт-ампер сипаттамасының бөлігіне қызмет етеді.

2-суретте стабилитронның айнымалы ток кезіндегі әдеттегі вольт- ампер сипаттамасы көрсетілген, бұл жерден тұрақтандыру режімінде кернеу аз өзгеретіні көрініп тұр. Стабилитронның тікелей ток үшін сипаттама қарапайым диодтардағы сияқты.

2-сурет. Стабилитронның ВАС жұмыс бөлігі

Стабилитронның негізгі параметрлері: Uст – тұрақтандыру кернеуі; Iст.макс

– максималды тұрақтандыру тогы; = Iст max - Iст min – тұрақтандыруды өзгерту шектері. Ррұқ – рұқсат таралу қуаты; Rд = - жұмыс нүктесіндегі дифференциалды кернеу (тұрақтандыру тогының орташа мәні кезінде) ; Rо = – жұмыс нүктесіндегі тұрақты тоққа кедергі және КТК – тұрақтандыру кернеуінің температуралық коэффициенті.

Кедергі R0 үнемі Rd көп есе үлкен.

Температура әсері тұрақтандыру кернеуінің температуралық коэффициентімен КТК бағаланады, ол температураның Цельсий бойынша бір градусқа өзгеруі кезінде Uст кернеудің қатысты өзгеруін білдіреді, яғни

ТКН =A Uст /(Uст· AT) (2.1) Кернеудің температуралық коэффициенті 10-5 - нан 10-3 дейін К-1 болуы мүмкін. Uст мәні мен КТК белгісі негізгі жартылай өткізгіштің үлесті кедергісіне байланысты. Стабилитрондар U ст және Р макс шамаларына сәйкес төменгі вольтті және жоғары вольтті, аз қуатты, орташа қуатты және қуатты болып бөлінеді. Жұмыс орны өріс ойығымен анықталатын төменгі

(12)

12

вольтті диодтар үшін, КТК теріс және Цельсий бойынша бір градусқа 0.1%

тәртіп шамасы бар. Орташа және көп қуатты жоғары вольтті диодтарда электр ойығы бақыланады, олардың КТК оң.

Стабилитрондарды 6-7 В дейінгі кернеуге үлесті кедергісі аз кремнийден дайындайды, яғни қоспалардың шоғырлауы көп. Бұл стабилитрондарда р - п – өтпесінде жуандығы аз, ода жоғары кернеулі өріс әрекет етеді және ойық пайда болады, негізінде туннельді әсер есебінен пайда болады. Бұл кезде КТК теріс болады. Егер қоспалардың аз шоғырлауы бар кремний қолданылса, онда р - п – өтпесі қалың болады. Оның ойылуы жоғарырақ кернеуде пайда болады және көшкінді болып табылады, ал мұндай стабилитрондар үшін оң КТК болады.

Стабилитронды қолданудың қарапайым сызбасы 3-суретте көрсетілген.

3-сурет. Стабилитронды қосу сызбасы

Жүктеме стабилитронға параллель қосылған. Сондықтан тұрақтандыру режімінде, стабилитрон кернеуі тұрақты болып табылса, мұндай кернеу жүктемеде де болады. Қуат көзінің барлық өзгерістер Е оның тұрақсыздығы кезінде шектеу резисторымен R шек толығымен сіңіріледі.

Стабилитрондар көбінесе қуат көзі кернеуі тұрақсыз, ал жүктеме кедергісі тұрақты режімде жұмыс істейді. Тұрақтандырудың дұрыс режімін орнату және ұстап тұру үшін, мұндай жағдайда кедергі R шек анық болуы керек.

Әдетте R шек стабилитрондар сипаттамасының орта нүктесі Г үшін есептейді.

Егер кернеу Е1-ден + E2 дейін өзгерсе,онда R шек келесі формула бойынша табуға болады:

Rшек = (Eорт-Ucт)/(Iорт+Iж), (2.2) Е орт = 0.5 (Е мин + Е макс) – қуат көзінің орташа кернеуі; I орт = 0.5 (Iмин + Iмакс) – стабилитронның орташа тогы; I ж = Uст/Rж –жүктеме тогы.

Егер кернеу Е белгілі бір жаққа қарай өзгерсе, онда тұрақтылық тогы өзгеретін болады, бірақ одағы кернеу және жүктемедегі кернеу тұрақты болып қала береді. Қуат көзі кернеуінің барлық өзгерістері шектеу резисторымен сіңірілетін болғандықтан, Емакс – Емин тең бұл кернеудің өзгерісі тұрақтылық сақталатын токтың мүмкін өзгерісіне сәйкес келуі керек, яғни I макс - I мин.

Бұл жерден, егер Е мәні ΔE мәніне өзгерсе, тұрақтылық тек шарттарды сақтау кезінде ғана іске асады:

(13)

13

АЕ <( I макс - I мин) R шек (2.3) Өзгерістердің кең диапазонында Е тұрақтылық Rшек арттыру кезінде мүмкін. Көп R шек аз Iж сәйкес, яғни көп RЖ сәйкес арттыру сондай-ақ R шек береді. Кейде стабилитрон беретін кернеуге қарағанда тұрақты кернеуді төмен алу қажет болады. Сол кезде жүктемемен бірге қосымша резисторды қосады, оның кедергісін Ом заңы бойынша жеңіл есептеуге болады (4-сурте). Екінші мүмкін тұрақтылық режімі.

4-сурет. Стабилитронның екінші жұмыс режімі

Е = const, R ж, R ж мин-дан R ж макс. дейінгі шекте өзгергенде қолданылады. Мұндай режім үшін Rшек токтардың орташа мәні бойынша анықтауға болады:

Rшек=(E-Uст)/(Iорт+Iж орт), (2.4) Iж орт=0,5(Iмин+Iж макс), мұндағы Iж мин=Uст/Rж макс, Iж макс=Uст / Rж мин

Осы режімдегі сызба жұмысын былай түсіндіруге болады: Rшек тұрақты болғандықтан және одағы кернеудің түсуі Е тең - U ст сондай-ақ тұрақты болғандықтан, Iорт +I ж орт тең Rшек –гі ток тұрақты болуы керек.

Бірақ бұл, егер стабилитрон тогы I және I ж тогы бір деңгейде, бірақ қарама- қарсы жақта өзгеретін болса ғана мүмкін болады. Мысалы, егер I ж артатын болса, бірақ ток I соншалықты азаятын болса, ал олардың сомасы өзерусіз қалатын болса.

Жұмысты орындау тәртібі 1. Сызбаны құрастыру және сынап көру. (Қосымша қар)

2. Тікелей және айнымалы қосу кезінде вольт-ампер сипаттамасын алу Iст = f (Uст) және U2 = f (U1) тәуелділігі ..

3. Стабилитронның негізгі параметрлерін анықтау – тұрақтылық кернеуі Uст, динамикалық кедергінің RД 1 ст. мин – 1 ст. мах тұрақтандыру режімінде токтың өзгеру шектері..

4. Вольт-ампер сипаттамасы мен U2 = f (U1) тәуелділігін құру.

Есептеме мазмұны

(14)

14 1. Нақты атауы және жұмыс мақсаты.

2. Жұмысты орындаудың қысқаша жоспары.

3. Бақылау кестесі.

4. Вольт-ампер сипаттамасының графигі.

5. Стабилитронның негізгі параметрлерінің есептеп шығарылған мәндері.

6. Жұмыс туралы қысқаша қорытынды.

7. Бақылау сұрақтарына жауап.

Бақылау сұрақтары:

1. Кремнийлі стабилитрон жұмысының принципі неден тұрады?

2. Осы құралда р-п өтпесінің қандай ойық түрі қолданылады?

3. Диодтың осы түрін дайындау үшін материал ретінде неге кремнийді қолданады?

4. Кремнийлі стабилитронның қосылу сызбасын сызыңыз және түсіндіріңіз.

5. Кремнийлі стабилитронның вольт-ампер сипаттамасының суретін салыңыз және әр жерлердегі сипаттама формасын анықтайтын физикалық процестер туралы айтып беріңіз.

6. Тұрақтандыру режімінде стабилитронның динамикалық кедергісі қалай анықталады?

7. Кремнийлі стабилитронның негізгі параметрлерін көрсетіңіз және олардың физикалық мәнін түсіндіріңіз.

8. Кремнийлі стабилитронның КТК деген не?

9. Кремнийлі стабилитронның локомотивтерде қолданылуы туралы айтып беріңіз.

№3 зертханалық жұмыс

ОРТАҚ ЭМИТТЕР СҰЛБАСЫ БОЙЫНША ҚОСЫЛҒАН БИПОЛЯРЛЫ ТРАНЗИСТОРДЫ ЗЕРТТЕУ

Жұмыс мақсаты: ЖЭ сызба бойынша транзистордың кіру және шығу сипаттамаларын алу және сипаттама бойынша транзисторлардың h – параметрлерін анықтау.

Теориялық мәліметтер

Транзистор – бұл екі р - п – өтпелері бар жартылай өткізгішті құрал. Екі шеткі облыстар бір түрдегі орташа қарама-қарсы өткізгішті өткізгішке ие.

Сондай-ақ транзисторларды р - п – р типтегі және п - р - п типтегі деп бөледі.

Энергияның сыртқы көзі болмаған жағдайда, р - п – өтпелері арқылы екі шағын ток өтеді. Олардың бірі негізгі зарядтардың (кемтіктердің р

(15)

15

облысынан п облысына және электрондардың п облысынан р облысына) өтуі арқылы диффузиямен, ал екіншісі негізгі емес тасымалдағыштармен құрылған қарсы дрейфтік токпен негізделген. Бұл токтар бірдей, сондықтан олардың жиынтық тогы әр өтпе сайын нөлге тең.

5-сурет. Биполярлы транзисторды қосу сызбасы

Транзисторды сыртқы энергия көздеріне қосу кезінде (5-сурет) эмиттерлі өтпе П1 тура бағытта жылжиды, ал коллекторлы П2 кері бағытта, яғни П1 өтпесіндегі потенциалды кедергі азаяды, ал П2 өтпесіндегі артады.

Эмиттерлі өтпені тікелей жылжыту эмиттерлі токтың пайда болуына әкеледі, нәтижесінде база облысында «кемтіктің» бүркуі болады («кемтіктің»

эмиттерден базалық облысқа инжекциясы).

База түсетін «кемтіктің» кейбір бөліктері артық электрондарды қайта құрады, нәтижесінде база тогы пайда болады. «Кемтіктің» басқа бөлігі коллекторлы өтпеге кіреді және оның электр өрісінің әсерін сезеді.

База мен коллектор арасындағы потенциалды кедергі П2 коллекторлы өтпеге түсетін «кемтіктер» үшін электрондардың базадан коллекторға өтуіне кедергі жасайды, оның өрісі жылдамдатқыш болып табылады. Сондықтан кемтіктер П2 өтпе өрісімен басып алынады және тізбекте эмиттер тогына тәуелді соңғы токты құра отырып коллекторға түседі. Эмиттерлі ток

«тесігінің» көп бөлігі коллекторлы өтпеге жеткен сайын, коллектор тогы соншалықты көп болады және эмиттер тогын беру коэффициентімен сипатталатын транзистор сапасынан жоғары болатыны мәлім. «Кемтіктерді»

базада қайта құру мүмкіндігінше аз болу үшін, транзисторларды арнайы технологиялық тәсілдермен дайындау кезінде, эмиттер көлемінің бірлігіндегі

«кемтік» саны п типті өткізгішке ие базадағы электрондар санынан р типті өткізгіш көп болатындай етіп эмиттер мен базадағы қоспаларды үлестіруді қамтамасыз етеді. Сондай-ақ эмиттер «кемтіктерінің» коллекторға өту уақыты тасымалдағыш өмірінің уақытынан айтарлықтай аз болуы үшін база жалпақтығын мүмкіндігінше аз етуге тырысады; базаның үлесті кедергісі эмиттерге қарағанда 2-3 тәртіпке жоғары жасайды. Бұл базадағы «кемтік»

өмірінің орташа уақытын арттыруға және эмиттерлі кернеу көзінен жүретін электрондар ағынын кемітуге мүмкіндік туғызады.

(16)

16

р - п - р типтегі транзистор жұмысы кезінде «кемтіктер» негізгі электр тасымалдағыштары болып табылады. Олар эмиттер тізбегінде ток I э пен коллектор тізбегінде I к құра отырып эмиттерден коллекторға үздіксіз түседі.

Коллекторлы өтпе арқылы өтетін «кемтік» саны эмиттерлі арқылы өтетінге қарағанда бірнеше есе кеп. Транзисторларда токтар арасында келесі ара қатыстар бар:

Iэ = Iк + Iб (3.1) Эмиттер тізбегінде ток қаншалықты көп болса, база облысына

«кемтіктер» соншалықты түседі және үлкен ток коллектор тізбегі бойынша өтеді. «Кемтіктерге» коллекторлы өтпе арқылы жол ашу үшін база эмиттері арасында азғантай кернеу беру жеткілікті. Сондықтан транзисторда база тізбегі бойынша жүретін кернеу Uэб немесе ток I бколлектор тізбегіндегі токты I к басқарады.

п - р - п типтегі транзисторларда коллектор тогын басқару механизмі солай қала береді. Тек эмиттер және коллектор тізбегіндегі негізгі ток тасымалдағыштары электрондар болады, ал база тогына себепші болатын негізгі емес тасымалдағыштар – «кемтіктер» болады.

Транзисторлармен ток, кернеу және қуат күшеюін қамтамасыз етуге болады, яғни электр сигналдарын күшейтуге болады. Транзисторды үш сызба бойынша қосуға болады. Бұл сызбалардың атауы электродтардың қайсысы кіру және шығу тізбектері үшін жалпы болып табылатынымен анықталады:

6-сурет. Жалпы эмиттермен сызба

(17)

17

7-сурет. Жалпы базамен сызба

7-сурет. Жалпы коллектормен сызба

(18)

18

Транзисторларды қосудың көрсетілген сызбаларына арналған параметрлері 1-кестеде келтірілген.

Көрсеткіш Қосу сызбасы кезіндегі көрсеткіш мәні Жалпы

эмиттермен

Жалпы базамен Жалпы коллектормен Кіру кедергісі R вх, Ом 200 - 2000 50-100 10-500

Шығу кедернісі Rвых, Ом

30-70 100-500 50- 100

Токты күшейту

коэффициенті 10-200 1 кем 10-200

Кернеуді күшейту коэффициенті

30-1000 30 - 400 шамамен 1 Қуатты күшейту

коэффициенті

3000-нан 30000 дейін

30-400 10-200

Қолдануы Әмбебап

күшейткіш Жоғары омды жүктемеге жұмыс істеу кезінде

Төменгі омды жүктемеге жұмыс істеу кезінде немесе жоғары омды датчик жұмысы кезінде

Жалпы эмиттермен сызбада кіру сипаттамасы база тогының Iб

эмиттерлі өтпедегі кіру кернеуіне U эб тәуелділігі (6-сурет); оны эмиттер мен коллектор арасындағы кернеудің Uэк тұрақты мәні кезінде алады.

Транзисторлардың кіру сипаттамасы кернеуді арттыру кезінде токтың экспонентті артатын тура бағыттағы диодтар сипаттамасына ұқсас. Бұл сипаттамаларды қарастыру кезінде, кіру кернеуі Uэб артқанда кіру тогының күрт артуы болатыны және соған сәйкес эмиттер тогы да артатынын көруге болады. База тогының кернеуге U эк тәуелділігі салыстырмалы түрде аз.

База жалпақтығының модуляциясы себепті кернеудің U эк өсуінен оның тогы азаяды. Транзисторлар өтпесінің температурасын түсіру немесе арттыру кезінде соған сәйкес кіру сипаттамалары үлкен немесе кіші кіру кернеулер облысына жылжиды.

Шығу сипаттамасы деп шығу тогының кернеуге Uэк тәуелділігін айтады (9-сурет), оны шығу тогының I6 тұрақты мәнінде алады. Шығу кернеуі өсетін шығу тогы алдымен күрт артады және көп мәнге жетеді; әрі қарай Uэк арттыру кезінде ол өзінің максималды мәніне жетеді (U эк = 1÷ 2 В кезінде), сосын іс жүзінде өсуі тоқтайды. Транзисторда қанығу айтарлықтай жылдам пайда болады: анықталған кернеу Uэк кезінде базаға берілген кернеу әсерінен кіретін барлық электр тасымалдағыштар коллекторға жетеді және токтың Iк

(19)

19

әрі қарай артуы үшін кернеуді Uэб арттыру керек, яғни эмиттерлі өтпе арқылы өтетін токты арттыру керек. Нөлге тең база тогы кезінде табиғатында әдеттегі жартылай өткізгішті диодтың айнымалы тогына ұқсас және коллекторда (электрондар) және базада (кемтіктер) бар негізгі емес электр тасымалдағыштармен құрылатын коллектор тізбегіндегі ток Iко мәнін барынша минималды болғаны жөн, себебі ол транзистордың күшейткіш қасиеттерін нашарлатады.

8-сурет. Кіру сипаттамалары

9-сурет. Шығу сипаттамалары

Бастапқы бөлікте шығу сипаттамасының бұрылуын келесі түрде анықтауға болады. Коллекторлы кернеудің аз мәні кезінде, Uэк< Uэб болса, бұл кернеулердің қарсы бағыты екі р-п- өтпелерінің ашық күйіне себепші болады. Бұл кезде өтпелердің жиынтық кедергісі болмашы және кернеудің Uэк азғантай көбейісі токтың айтарлықтай артуын шақырады.

Коллекторлы кернеуді әрі қарай арттыру кезінде, Uэк > Uэб шығу сипаттамасының бұрылуы күрт түседі. Бұл кезде кернеу Uэк қосылған эмиттерлі және коллекторлы өтпелермен олардың кедергісіне пропорционал қабылданады. Жабық коллекторлы өтпенің кедергісі эмиттерліге қарағанда көп

(20)

20

болғандықтан, соңғысында берілген кернеудің Uэк шағын бөлігі ғана түседі.

Алайда Uэк арттыру кезінде эмиттерлі өтпедегі кернеудің түсуі өседі, бұл оның эмиттерлі, содан кейін коллекторлы ток ашылуы мен өсуін шақырады.

Анықталған шамадан жоғары Uкб кернеуі кезінде коллекторлы өтпе ойығы пайда болады. Өтпелер температурасын арттыру кезінде шығу сипаттамалары үлкен токтар облысында коллекторлы өтпенің Iко айнымалы тогы артуы себепті жылжиды.

10-сурет. Ток беру бойынша сипаттама

Ток беру бойынша сипаттама коллектор тогының база тогына тәуелділігін білдіреді Uкэ = const кезінде = ƒ (I6) (10-сурет). Олар коллектордағы теріс аз кернеу кезінде ғана сызықты. Uкэ арттыру кезінде коллекторлы өтпе тарылады, база ені артады, бұл кезде заряд тасымалдағыштардың аз саны коллекторға жетеді, бұл беру коэффициентін азайтады: коллектор мен база токтары арасындағы сызықты байланыс бұзылады, сипаттамалар өзгереді. Кері байланыс сипаттамалары 16 = const кезінде Uкэ =ƒ ( Uбэ ) тәуелділікті білдіреді (11-сурет).

11-сурет. Кері байланыс сипаттамалары

/Uкэ/ < /Uбэ/ кернеуі кезінде транзистордың коллекторлы өтпесі ашық және базадағы ток ашық коллекторлы және эмиттерлі өтпелермен анықталған.

Бұл режімде база мен коллектор кернеулері арасында өзара байланыс пайда

Uкэ

Uбэ Iб’

Iб’’

Iб’’

(21)

21

болады. Мұндай режімге сипаттаманың бастапқы жоғарылау орны сәйкес келеді. /Uкэ/ >/U бэ/ кезінде коллекторлы өтпе жабылады және кері байланыс азаяды.

Қазіргі уақытта һ-параметрлерінің жүйесі кеңінен тараған, оның тәуелсіз айнымалысы ретінде ток II пен кернеу U2 қабылданған.

Бұл жағдайда сигнал амплитудасының аз мәні үшін ток және кернеу арасындағы байланыс кірісте теңдеулермен анықталады:

∆U1 = h11 ∆I1 + h12 ∆I2 (3.2) ∆I2 = h21 ∆I1 + h22 ∆U2 (3.3) Диодтың h – параметрлерін, айнымалы құрамдас бөлік үшін кірісте бос жүріс режімі (∆II=0) мен шығыстағы қысқа тұйықталу (∆U2=0) кернеуін құра отырып анықтауға болады. Триодтың кіру кедергісі h11 параметрімен сипатталады және триод шығысының айнымалы кернеуге қысқа тұйықталуы кезінде өлшенеді:

∆U2 = 0 немесе U2 = const кезінде h11=

h12 кернеуі бойынша кері байланыс коэффициенті паразитті кері байланыс тереңдігін сипаттайды, кернеудің қандай бөлігі триод шығысынан оның кірісіне түсетінін сипаттайды. Ол айнымалы кернеу бойынша кіру тізбегінің ажырауы кезінде кіру кернеуінің шығуға қатынасы ретінде анықталады.

∆I1 = 0 немесе I1 = const кезінде h12=

Триодты ток бойынша күшейту коэффициенті қысқа тұйықталу шығысы кезінде токтың шығу тогынан кіру тогына қатынасы ретінде анықталады.

∆U2 = 0 немесе U2 = const кезінде h21=

Жалпы базамен сызбасы үшін бұл параметр α (альфа) әріпімен белгіленеді. Триодтың жазықтығы үшін α < 1. Көбінесе жалпы эмиттермен сызбасы қолданылады, триодтың ток бойынша күшею коэффициенті β әріпімен белгіленеді.

Шығу өткізгіштігі h22 триодтың айнымалы кернеуі бойынша ажыратылған кіру қысқыштары кезінде шығу тогының шығу кернеуіне қатысы ретінде анықталады.

∆I1 = 0 немесе I1 = const кезінде h22 =

Транзистор жұмысын статикалық сипаттармен анықтауға болады.

Шығу сипаттамалары Uk = const кезінде Uэ = f (Iэ) тәуелділікті көрсетеді. 9-суретте р-п-р типтегі жазықтықты триодтың кіріс сипаттамалары келтірілген. Uкб = 0 және эмиттерлі өтпеде кернеудің артуы кезінде, яғни Uэб >

0, біз өткізуші бағытта р-п өтпесінің сипаттамасын аламыз. Эмиттер тізбегіндегі ток шамасы бұл режімде эмиттер мен база облысында негізгі тасымалдағыштар шоғырлауымен анықталады және коллектор өрісіне аса

(22)

22

тәуелді емес. Эмиттер тізбегіндегі ток шамасы осы режімде анықталады, осы себепті кернеудегі айтарлықтай өзгерістер эмиттерлік сипаттаманың кішкене өзгерісін шақырады.

Эмиттердің аз тогы облысында кіріс сипаттамалары сызықты емес.

Жазықтықты триодтың кіріс сипаттамалары Iэ = const кезінде Ik = f (Uкб) тәуелділікті ұсынады (10-сурет). Коллекторлы ток эмиттермен базаға инжекцияланатын заряд тасымалдағыштардың қанша мөлшері болатынына байланысты коллекторлы өтпеге жетеді. Коллектордағы кернеуді арттырумен алдымен ток өседі, ал сосын өсу бәсеңдейді. Бұл айнымалы ток Ik негізгі емес тасымалдағыштармен құрылады, олардың мөлшері жартылай өткізгіште көп емес. Көп кернеу Uкб кезінде барлық меншікті негізгі емес тасымалдағыштар қолданылады, ал коллекторлы қуат көзінің жылдамдатқыш өрісі эмиттермен инжекцияланатын ток тасымалдағыштар базасындағы қозғалысқа өте әлсіз әсер етеді. Олардың орын ауыстыруы көбіне диффузия есебінен болады.

Коллектор тогын арттыру үшін эмиттер тогын арттыру қажет. Бұл жағдайда эмиттерден базаға қосымша негізгі емес тасымалдағыштар келеді, олардың көбі коллекторға жетеді және ток Ik артады.

Ток бойынша жіберу сипаттамасы тәуелділікті ұсынады Uкб = const кезінде Ik = f (Iэ) (11-сурет). Олар вакуумды триодтардың ток үлестіру сипаттамаларына ұқсас. Коллектор тізбегіндегі ток шамасы эмиттермен базаға инжекцияланатын және коллекторға жеткен ток тасымалдағыш мөлшерімен анықталады. Егер эмиттердің жалпы тогы Iэ, ал осы токтағы тасымалдағыш үлес коллекторға жететін болса, онда α коллектор тогының шамасы:

Ik = αIэ + Iко, (3.4) Iко – негізгі емес тасымалдағыштармен Iэ=0 кезінде негізделген коллектор тогы,

α – ток жіберу коэффициенті немесе ток бойынша күшейту коэффициенті.

Теңдеу жіберу сипаттамасының аналитикалық белгісі болып табылады.

Базаға инжекцияланатын тасымалдағыштардың қайта құрылуы көп емес, сондықтан жіберу коэффициенті α = 0,9 ÷ 0,95.

Базадағы токты Iэ арттыру кезінде негізгі емес тасымалдағыштардың көлемді заряд тығыздығы артады, бұл инжекцияланатын зарядтардың қайта құрылу жылдамдығын арттыруға әкеледі. Осы себепті токты арттыру кезінде жіберу коэффициенті бірнешеге азаяды. Кернеуді Uк арттыру кезінде коллекторлы өтпе кеңейеді, база жалпақтығы азаяды және коллекторғажеткен заряд тасымалдағыштар мөлшері артады, бұл жіберу коэффициентін арттыруды шақырады.

Токты Iэ және кернеуді Uк өзгерту кезінде жіберу коэффициентін іс жүзінде өзгеруі болмашы, сондықтан коллектор тогы мен эмиттер тогының арасында сызықты байланыс бар, ал жіберу сипаттамалары тікелейге жақын.

Оларды шығыс сипаттамалары бойынша құруға болады.

Ақпарат көздері

СӘЙКЕС КЕЛЕТІН ҚҰЖАТТАР

Электр энергиясын жеткізушісін өзгерту процесіне тұтынушы тартылған және мұндай өзгеріс кезінде тегін негізде өзгеріс пен ақпарат

- экологиялық тиімділіктер (мысалы, қыс кезінде электр және жылу энергиясын тҧтынуды азайту қымбат және «таза емес» электр стансалар мен оттық

Цифрлық байланыс арналарында кодер және модулятор қолтанылатыны бізге екінші зертханалық жұмыстан белгілі. Digital_communication_10 моделінде біздер бинарлы

Физиканың негізгі тараулары бойынша негізгі ұғымдар: механика, жалпы және арнайы салыстырмалылық теориясы, молекулалық физика және термодинамика,

1) Сигналдар мен сызықты жүйелерді модельдеу. 2) Сандық және аналогтық сүзгілерді жобалау, талдау және енгізу. 3) Тез Фурье түрлендіруі,

ҚАМ-ды енгiзу жобалауды автоматтандырудың қандай да бiр бағыты тар тапсырмаларын шешетiн, жүйеге техникалық тапсырмадан (ТТ) бастап жүйелердiң

Электромагниттік индукция құбылысының ашылуы, магнит өрісінің көмегімен электр өрісін алудың мүмкіндігін дәлелдеді, яғни электр мен магниттік

Реттегіш сатыдағы будың нақты кеңею құбылысын і-s диаграммада тұрғызып, будың саптамалық шығысындағы υс және екінші жұмыстық қалақшалардың υр2 меншікті көлемдері анықталады: а