Maydoniy tranzistorlar (1)
matematika va gozallik nomli matemat, 1-SINF HUSNIXAT TO\'GARAKI, 4-ma\'ruza
IC f (U 3 ,UC ) (2.7)
Maydon tranzistori elektron lampa-triod xarakteristikasiga o’xshash quyidagi 2 ta statik xarakteristikalar oilasi bilan xarakterlanadi:
Stok xarakteristikasi, yaʻni zatvor kuchlanishi o’zgarmas bo’lganda stok
tokining stok kuchlanishiga bog’liqligi
IC f (UC ) U const
3
Stok – zatvor xarakteristikasi, yaʻni stok kuchlanishi o’zgarmas bo’lganda
stok tokining zatvor kuchlanishiga bog’liqligi
IC f (U3 ) U const
C
Bu bog’lanishladan birinchisi – tranzistorning chiqish yoki stok xarakteristikasi deyiladi. Ikkinchisi esa– maydon tranzistorining kirish xarak-teristikasi deyiladi.
9.3-rasmda boshqaruvchi p – n o’tishli maydon tranzistorining stok xarakteristikalar oilasi keltirilgan.
Chiqish xarakteristikasini 3-sohaga ajratish mumkin: chiziqli soha, to’yinish sohasi va buzilish sohasi chizikli soha kanalning bir oz qisilgan, holiga to’g’ri kelsa, to’yinish sohasida kanalning ko’ndalang kesim yuzasi deyarli nolga yaqin bo’ladi.
Maydon tranzistorining parametrlarini aniqlash uchun (2.7) ifodadan toki bo’yicha to’lik differentsial olamiz.
|
Fan o’qituvchisi: Raxmatov I.I.
Kafedra mudiri: Raxmatov I.I.
«Kompyuterning fizik asoslari» fanidan yakuniy nazorat
Variant
Kompyuterla axborotni akslantirish.
O‘tkazgichlar va yarim o‘tkazgichlar elektr o‘tkazuvchanligi nazariyasi asoslari:
Atomlar, molekula va kristallarda elektron holatlari spektrlari. Energiyaning ruxsat etilgan va taqiq sathlari. Energiya sohalari va Fermi sathi. Moddalarni o‘tkazgichlar (metallar), yarimo‘tkazgichlar va dielektriklarga ajratish prinsiplari. Yarimo‘tkazgichlarda xususiy va aralashmali o‘tkazuvchanlik.
Yarim o‘tkazgichlar fizikasi elementlari. Yarim o‘tkazgichli diodlar.
Yarimo‘tkazgichlarda erkin zaryad tashuvchilar harakati – diffuziya va dreyf. Elektron-kovak o‘tishlari va uning xarakteristikalari. Yarim o‘tkazgichli diodlar. Metall-yarim o‘tkazgich kontakti. Shottki diodi. Yarim o‘tkazgichli diodlar tezkorligi.
Bipolyar va maydonli tranzistorlar.
Ikkita yaqin joylashgan elektron-kovak o‘tishlarining o‘zaro ta’siri. Bipolyar tranzistorlar. Ulanish turlari. Bipolyar tranzistorlarning kalitli ish rejimi va tezkorligi. Maydonli tranzistorlar. Izoliyatsiyalangan kanalli MOP strukturalar va ularning tezkorligi. Ko‘p emiterli tranzistorlar.
Zamonaviy kompyuterlarning element bazasi. Tizimli blok.
Axborotni raqamli va anologli qayta ishlash. Axborotni kompyuterda fizikaviy tasvirlash. Ikkilik kodi. Elementar mantiqiy fuksiyalarni amalga oshirish. Mantiqiy elementlarning asosiy xarakteristikalari. Mantiqiy elementlarning shovqinga chidamliligi haqida tushuncha. Mantiqiy sxemalar oilasi va ularning moslashuvi. Mantiqiy sxemotexnikaning istiqbolli yo‘nalishlari.
Kompyuterning tizimli bloki.
Tizimli blokning umumlashgan strukturasi. MP asosiy xarakteristikalari: tayyorlash texnologiyasi, manba kuchlanishi, adreslanuvchi xotira hajmi, ma’lumotlar shinasi darajasi, takt chastotasi, registrlar miqdori va darajasi. MP sikli va uning fazasi. MP va OXQ o‘zaro munosabati. MP va tashqi qurilmalar orasidgi axborot almashish turlari:sinxron, asinxron va yarimsinxron. Kompyuterning ishlash rejimlari: asosiy, xotiraga bevosita kirish, kutish. MP texnikaning rivojlanish istiqbollari.
Yarim o‘tkazgichli xotira qurilmalari.
Trigger – xotira elementi. Xotira yacheykasi va uning adresi. Statik operativ xotira qurilmasi (SOXQ). Xotirani umumiy tashkillash. Xotira xarakteristikalari: narxi, sig‘imi, tezkorligi, istemol quvvati, kirish imkoniyati. Energiyagi bog‘liq va bog‘liq bo‘lmagan xotira. Dinamik operativ xotira qurilmasi (DOXQ). SOXQ va DOXQlarni kompyuterlarda qo‘llash. Doimiy xotira qurilmasi (DXQ) va ularni kompyuterda qo‘llash. Flash-xotira.
Kirish-chiqish interfeysi.
Kirish-chiqish interfeysi funksiyalari. CD va DVD disklar o‘qish-yozish qurilmalari.
Kompyuterda tashqi xotiralar.
Magnetizm. Magnit moddalar: diamagnetiklar, paramagnetiklar, ferromagnetiklar. Ferromagnetiklarning magnitlanish egri chizig‘i. Kyuri temperaturasi. Domen struktura. Magnitli tashuvchilarda axborotni yozish va o‘chirish prinsipi. Chegaraviy yozish zichligi va yozilgan axborotga kirish tezligi. Magnit xotiralarga axborot yozish zichligini oshirishda optik hodisalardan foydalanish. Magnitooptika. Optik xotira. Optikada axborotni yozish zichligi chegarasi. CD va DVD disklar. Uch o‘lchamli optik xotira: fotorefraktiv va fotoxrom materiallar.
Kompyuterda axborotni akslantirish.
Vizual axborotni akslantirish prinsipi. Alfavit-raqamli va grafik (analog)li monitorlar. Elektron-nur trubka. ENT dagi fizik jarayonlar: termoelektron emissiya, lyuminessensiya. ENT da tasvir hosil bo‘lishi, satrli va kadrli yoyishlar. Axborotni rangli akslantirish. Yassi monitorlar – suyuq kristalli (LCD) displeylar, plazmali(gazorazryadli PDP) monitorlar, nurlanuvchi maydonli displeylar (FED).
p-tipli aralashmali yarim o’tkazgichlar
Sof yarim o’tkazgichga boshqa element atomlari kiritilishi yoki sof yarim o’tkazgich kristali ustirilayetganda shu elementni ortiqcha atomi yoki kam atomi hosil bo’lishi yoki mexaniq ta’sirlar natijasida darzlar yoki disloqatsiyalarni yuzaga kelishi aralashmali yarimo’tkazgichni yuzaga keltiradi. Aralashmalar sabab bo’lgan yarim o’tkazgichlar utkazuvchanligiga aralashmali utkazuvchanlik deyiladi.
Aralashmali yarim o’tkazgichning Elektr utkazvchanligi keskin uzgaradi. Masalan: kremniyga 0.001 atom foiz fosfor kiritilsa, xona tempiraturasidagi karshiligi sof kremniynikidan 100.000 marta kam bo’ladi. Shunga uxshash agar, kremniyga 0,001 atom % bor kiritilsa uning utkazuvchanligi sof kremniynikiga nisbatan 1000 marta oshadi.
Yarim o’tkazgichlarning aralashmali utkazuvchanligini ular atomlarining kovalent boglanishi va zonalar nazariyasi asosida qarab chikamiz.
Sof yarim o’tkazgichga boshqa element atomlari kiritilib hosil kilingan aralashmali yarim o’tkazgichlarnigina urganamiz. Aytaylik 4 valentli Ge atomi 5 valentli As atomi bilan almashtirilgan bo’lsin. (Sof Ge kristaliga juda oz miqdorda As atomlari kiritilgan bo’lsin) (b-rasm).
Bunda mishyak atomi (As) 4 ta kushni Ge atomi bilan kovalent boglanishda ishtiroq etib 1 ta Elektroni kovalent bogda ishtiroq kila olmay, ortiqcha bo’lib koladi va kristall panjarani Issiqlik tebranishlarida juda oson ajraladi va kristall ichida xaotik harakatlanuvchi erkin Elektronga aylanadi. (a-rasm). Bunda atomlar orasidagi kovalent boglanish buzilmaydi, demak teshik hosil bo’lmaydi.
Bipolyar taranzistorlarning dinamik xarakteristikasi
Hozirgi vaqtda bipolyar tranzistorlar (BPT) va ularning yangi turi izolyatsiyalangan maydon effektli tranzistorlar (MOSFET) 50 A gacha bo'lgan toklarni va 500 V gacha kuchlanishni almashtirish sohasida asosiy to'liq boshqariladigan quvvat elektronikasi qurilmalaridir. Yuqori darajadagi tok va kuchlanish darajalari bir necha kilovoltgacha bo'lgan yuqori voltli quvvat moslamalarining joyini izolyatsiya qilingan eshikli bipolyar tranzistorlar (IGBT) egallagan.
1980-yillarda paydo bo'lgan MOSFET-lar ideal kalitga o'xshash xususiyatlarga ega edi va eng mashhur asosiy elementlar edi. Biroq, ularning qo'llanilish doirasini cheklaydigan asosiy parametr drenajdagi ruxsat etilgan kuchlanish ekanligi ma'lum bo'ldi. Ochiq tranzistorning kanal qarshiligi buzilish voltajining kvadratiga mutanosib ravishda o'sib borganligi sababli, etarli darajada yaxshi xususiyatlarga ega yuqori voltli MOSFET tranzistorlarini yaratish hali ham mumkin emas. Bu ularni yuqori samaradorlikka ega qurilmalarda ishlatishni qiyinlashtiradi.
80-yillarning o'rtalarida maydon tomonidan boshqariladigan bipolyar tranzistorni yaratish g'oyasi paydo bo'ldi va 90-yillarning o'rtalarida IGBT tranzistorlari bir qator kompaniyalar kataloglarida paydo bo'ldi (ular orasida birinchilardan biri Xalqaro rektifikator) . Hozirgi vaqtda ushbu tranzistorlar yarimo'tkazgichli qurilmalarning barcha etakchi ishlab chiqaruvchilarining kataloglarida joylashgan.
KVt quvvatli yuqori voltli quvvat konvertorlari maydonidan tashqari, IGBT tranzistorlari maishiy texnika vositalarida keng tezlikni boshqarish diapazoniga ega bo'lgan nisbatan kam quvvatli drayverlarni boshqarish uchun ishlatiladi. Shunday qilib, IGBTlar kir yuvish mashinalarida va inverterli konditsionerlarda qo'llanilishini topdi. Ular, shuningdek, avtomashinalarni elektron yoqish uchun yuqori voltli kalit sifatida muvaffaqiyatli ishlatilmoqda. Ushbu zamonaviy kommutatsion tranzistorlar telekommunikatsiya va server tizimlarida quvvat manbalarini almashtirishda keng qo'llaniladi.
IGBT - bu induktsiya qilingan kanal bilan nisbatan past kuchlanishli MOSFETdan boshqariladigan bipolyar pnp tranzistor (1a-rasm).
1. IGBT tranzistorining ekvivalent davrlari
IGBT moslamalari - bu ikkala bipolyar (past darajadagi voltajning pasayishi, yuqori kuchlanish kuchlanishlari) va MOSFETlarning (past boshqaruv quvvati, yuqori o'tish tezligi) ijobiy fazilatlarini birlashtirishga imkon beruvchi murosali texnik echim. Shu bilan birga, ularning yo'qotishlari maydon effektli tranzistorlar singari oqim kvadratiga emas, balki oqimga mutanosib ravishda o'sadi. IGBT tranzistorlarining maksimal kuchlanishi faqat texnologik buzilish bilan cheklanadi va bugungi kunda ish kuchlanishi 4000 V gacha bo'lgan qurilmalar ishlab chiqarilmoqda, tranzistorda qoldiq kuchlanish yoqilgan holatda 2 ... 3 V dan oshmaydi .
Tezlik jihatidan IGBT quvvatli qurilmalar hali ham MOSFET tranzistorlaridan kam, ammo ular bipolyarlardan ustundir.
|
