Электронды және кемтікті шала өткізгіштер түйіспесі (p-n өтпесі).
1.Транзисторларды қосу сұлбалары мен күшейту каскадтардың жұмыс істеу ережелері.
2.Ортақ эмитерлі күшейту каскады.
3.Жүктемелі сызықта жұмыс нүктесін таңдау. Жұмыс нүктесін температурадан тұрақтандыру.
Электронды (п-түрлі) және кемтікті (р-түрлі) екі шала өткізгіштің кристалдарын алып, беттерін тегістеп, бір-бірімен түйістірелік (1,а-сурет). Түйіспе аймағында диффузияның салдарынан диффузиялық ток жүріп, кемтіктер мен электрондар рекомбинацияға түседі. Электрондар кемтіктерді толтырады да, түйіспе аймағында заряд тасымалдаушылар таусылып, торшілтер түйіндерінде орналасқан иондар ғана қалады: п-түрлі шала өткізгіште оң иондар да, ал р-түрлі шала өткізгіште теріс иондар. Жалпы алғанда п-түрлі шала өткішгіш оң зарядты да, ал р-түрлі шала өткізгіш теріс зарядты болып шығады. Осы себепті түйіспе аймағында кернеулігі п-түрлі шала өткізгіштен р-түрлі шала өткізгішке бағыталған электір өрісі Еб пайда болады (1, б-сурет). Бұл өріс кемтіктердің п-түрлі шала өткізгішке, ал электрондардың р-түрлі шала өткізгішке өтуіне қарсы әсер ететіндіктен диффузиялық үрдісті әлсіретеді.
Сондықтан бұл өрісті бөгет өріс деп, ал өріс әсер ететін түйіспелік аймақты бөгеттік қабат деп атайды. Бөгет өріс негізгі заряд тасушыларға қарсы әсер еткенімен, негізгі емес заряд тасушыларды – п-түрлі шала өткізгіштегі кемтіктерді, р-түрлі шала өткізгіштегі электрондарды қозғалысқа келтіреді. Негізгі емес заряд тасушылардың түзетін тогын дрейфтік ток деп атайды. Диффузиялық ток пен дрейфтік токтың бағыттары қарама-қарсы, ал шамалары бірдей болады. Өйткені сыртқы тізбек болмағандықтан, түйіспе арқылы заряд тасымалдаушылардың бір бағытта ғана қозғалуы мүмкін емес. Диффузиялық ток пен дрейфтік ток түйіспелік потенциалдар айырымының белгілі бір мәнінде теңеседі. Түйіспелік потенциалдар айырымы түйіспелік потенциалдық тосқауылдың шамасын анықтайды (1, в-сурет).
Бөгеттік қабатта негізгі заряд тасымалдаушылар болмағандықтан оның кедергісі өте үлкен болады. Бөгеттік қабаттың ені ондағы негізгі заряд тасымалдаушылардың концентрациясына байланысты: негізгі заряд тасмалдаушылардың концентрациясы артса, онда бөгеттік қабаттың ені азаяды және керісінше. Әдетте бөгеттік қабаттың ені 0,01...1 мкм шамасында болады
1-сурет. Электронды және кемтікті шала өткізгіштер түйіспелерінің
схемалары ( п-р өтпесі)
Міне осындай р және п-түрлі екі шала өткізгіштің түйіспесін р-п өтпесі деп атайды.
Енді р-түрлі шала өткізгішті оң полюсімен, ал п-түрлі шала өткізгішті теріс полюсімен жалғап, р-п өтпесін тұрақты кернеу көзіне қосалық (2, а-сурет). Өтпенің бөгеттік қабатының кедергісі басқа бөліктеріне қарағанда әлдеқайда көп болатындықтан, өтпеге берілген кернеу түгелдей бөгеттік қабатқа түседі де, онда р-түрлі шала өткізгіштен п-түрлі шала өткізгішке қарай бағытталған кернеулігі Eб электр өрісін тудырады.
Кернеу көзі тудырған электр өрісінің кернеулігі бөгеттік өрістің кернеулігіне қарсы бағытталғандықтан, қорытқы электр өрісі әлсірейді де, оның кернеулігі осы екі өрістің кернеуліктерінің айырымына тең болады. Осы себепті түйіспелік потенциалдар айырымы, яғни түйіспелік потенциалдық тосқауыл азаяды (2, б-сурет). Бөгеттік қабаттың ені жұқарады да, дрейфтік ток азайып, диффузиялық ток көбейеді. Түйіспелік қабаттың кедергісі азайып, онымен ток жүре бастайды. Бұл токты тура ток, ал р-п өтпесінің кернеу көзіне осылайша қосылуы (р-түрлі шала өткізгіш оң полюспен, п-түрлі шала өткізгіш теріс полюспен) тура қосылу деп аталады.
р-п өтпесін кернеу көзіне керісінше, яғни р-турлі шала өткізгішті теріс полюсімен, п-түрлі шала өткізгішті оң полюсімен қосса (, в-сурет), онда кернеу көзі тудыратын өрістің кернеулігі мен бөгет өрістің кернеулігі бағыттас болады да, түйіспелік потенциалдар айырымы және потенциалдық тосқауыл артады (2, г-сурет). Қорытқы өріс негізгі заряд тасымалдаушы бөлшектердің қозғалыс бағытына қарсы бағытталғандықтан бөгеттік қабаттың ені және кедергісі артады. Шала өткізгіштерде негізгі емес заряд тасымалдаушылардың концентрациясы өте аз болатындықтан, кері ток деп аталатын дрейфтік ток та аз болады.
2-сурет. Электронды және кемтікті шала өткізгіштер түйіспелерінің
схемалары ( р-п өтпесі)
Сонымен, р-п өтпесі кернеу көзіне тура қосылғанда оның кедергісі аз болады да, онымен ток жүрмейді дерлік. Былайша айтқанда р-п өтпесінің вентильдік, яғни токты бір бағытта ғана өткізетін қасиеті бар.
3-суретте р-п өтпесінің вольт-амперлік сипаттамасы келтірілген. Жоғарыда айтылғандай, өтпе тура қосылғанда кернеудің өсуі (UT-тура кернеу ) бөгеттік қабаттың кедергісін азайтады, сондықтан ток өсіп отырады (IT-тура ток). Өтпе керісінше қосылғанда (IT-кері кернеу) кернеудің өсуі бөгеттік қабаттың кедергісін арттырады да, онымен өте аз ток жүреді (IK-кері ток). Дегенмен, өрістің кернеулігі артқан сайын негізгі емес заряд тасымалдаушылардың саны көбейеді. Кері кернеу одан ары өскенде, бей негізгі заряд тасымалдаушылардың энергиясы жоғарылап, атомдармен кездескенде оларды иондайтын болады. Кернеудің белгілі бір мәнінде заряд тасымалдаушылардың саны кенеттен өсіп, ал өтпенің кедергісі өте азайып кетеді. Сондықтан кері ток та кенеттен өсе бастайды. Бұл құбылысты р-п өтпесінің электрлік тасқынды тесілуі деп атайды.
3-сурет. р-п өтпесінің вольт-амперлік сипаттамасы
Электрлік тесілуімен қатар, өтпеге кері кернеу берген кезде жылулық тесілу де байқалады. Егер р-п өтпесінің температурасы оның номинал температурасынан асып кетсе, онда қызудың нәтижесінде заряд тасмалдаушылардың саны көбейеді де, ал өтпенің кедергісі азаяды. Егер осы үрдіс жүре берсе, онда кернеудің белгілі-бір мәнінде өтпенің жылулық тесілуі мүмкін. Әрине жылулық тесілуден кейін р-п өтпесі істен шығып қалады, яғни жанып кетеді.
Лекция 6