Yarı İletken Cihazlar - Hızlı Kılavuz

Bir çekirdeğin belirli bir atomun elektronuna olan mesafesinin eşit olmadığı yaygın olarak görülmektedir. Normalde, elektronlar iyi tanımlanmış bir yörüngede dönerler. Belirli sayıda elektron yalnızca dış kabuk veya yörünge ile tutabilir. Bir atomun elektriksel iletkenliği esas olarak dış kabuğun elektronlarından etkilenir. Bu elektronların elektriksel iletkenlikle büyük ilgisi vardır.

İletkenler ve İzolatörler

Elektrik iletimi, elektronların düzensiz veya kontrolsüz hareketinin sonucudur. Bu hareketler belirli atomların iyi olmasına neden olurelectrical conductors. Bu tür atomlara sahip bir malzeme, dış kabuğunda veya yörüngesinde birçok serbest elektrona sahiptir.

Nispeten, bir insulating materialnispeten az sayıda serbest elektrona sahiptir. Sonuç olarak, yalıtkanların dış kabuk elektronları yerlerini sıkıca tutma eğilimindedir ve içinden herhangi bir akım geçmesine neredeyse izin vermez. Bu nedenle, bir yalıtım malzemesinde çok az elektriksel iletkenlik meydana gelir.

Yarı iletkenler

İletkenler ve yalıtıcılar arasında, yarı iletkenler olarak bilinen üçüncü bir atom (malzeme) sınıflandırması vardır. Genel olarak, bir yarı iletkenin iletkenliği, metallerin ve yalıtkanların iletkenlikleri arasında bulunur. Bununla birlikte, mutlak sıfır sıcaklıkta yarı iletken aynı zamanda mükemmel bir yalıtkan gibi davranır.

Silicon ve germaniumen bilinen yarı iletken unsurlardır. Bakır oksit, kadmiyum sülfür ve galyum arsenit, sıklıkla kullanılan diğer bazı yarı iletken bileşiklerdir. Bu tür malzemeler genellikle IVB tipi elemanlar olarak sınıflandırılır. Bu tür atomların dört değerlik elektronu vardır. Dört değerlik elektronundan vazgeçebilirlerse, kararlılık sağlanabilir. Ayrıca dört elektron kabul edilerek de elde edilebilir.

Bir Atomun Kararlılığı

Bir atomun kararlılığı kavramı, yarı iletken malzemelerin durumunda önemli bir faktördür. Değerlik bandında maksimum elektron sayısı 8'dir. Valans bandında tam olarak 8 elektron olduğunda atomun kararlı olduğu söylenebilir. İçindestable atomdeğerlik elektronlarının bağlanması çok katıdır. Bu tür atomlar mükemmel yalıtkanlardır. Bu tür atomlarda, elektriksel iletkenlik için serbest elektronlar mevcut değildir.

Stabilize elemanların örnekleri, Argon, Xenon, Neon ve Krypton gibi gazlardır. Bu gazlar, özelliklerinden dolayı diğer maddelerle karıştırılamaz ve genel olarakinert gases.

Dış kabuktaki değerlik elektronlarının sayısı 8'den az ise, o zaman atomun kararsız olduğu, yani 8'den az valans elektronuna sahip atomların kararsız olduğu söylenir. Kararlı hale gelmek için her zaman komşu atomlardan elektron ödünç almaya veya bağışlamaya çalışırlar. Dış kabuktaki 5, 6 veya 7 değerlik elektronlu atomlar, kararlılık aramak için diğer atomlardan elektron ödünç alma eğilimindeyken, bir, iki veya üç valans elektronlu atomlar bu elektronları diğer yakın atomlara salma eğilimindedir.

Ağırlığı olan her şey maddedir. Atom teorisine göre katı, sıvı veya gaz olsun tüm madde atomlardan oluşur. Bir atom, nötronları ve protonları tutan çekirdek adı verilen merkezi bir kısım içerir. Normalde, protonlar pozitif yüklü parçacıklardır ve nötronlar nötr yüklü parçacıklardır. Negatif yüklü parçacıklar olan elektronlar, Güneş'in etrafındaki gezegen dizisine benzer bir şekilde çekirdeğin etrafında yörüngelerde düzenlenir. Aşağıdaki şekil bir atomun bileşimini göstermektedir.

Farklı elementlerin atomlarının farklı sayıda proton, nötron ve elektrona sahip olduğu bulunmuştur. Bir atomu diğerinden ayırmak veya çeşitli atomları sınıflandırmak için, belirli bir atomun çekirdeğindeki proton sayısını gösteren bir sayı, tanımlanan her bir elementin atomlarına atanır. Bu numara,atomic numberöğenin. Yarı iletkenlerin çalışmasıyla ilişkili bazı elementlerin atom numaraları aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Eleman Sembol Atomik numara
Silikon Si 14
Germanyum Ge 32
Arsenik Gibi 33
Antimon Sb 51
İndiyum İçinde 49
Galyum Ga 31
Bor B 5

Normalde, bir atomun net yükünü sıfırda tutmak için eşit sayıda protonu ve gezegensel elektronu vardır. Atomlar, mevcut değerlik elektronları aracılığıyla stabilize moleküller veya bileşikler oluşturmak için sıklıkla birleşirler.

Serbest değerlik elektronlarının birleştirme işlemi genellikle bonding. Aşağıda atom kombinasyonlarında meydana gelen farklı bağ türleri yer almaktadır.

  • İyonik bağ
  • Kovalent bağ
  • Metalik bağlayıcı

Şimdi bu atomik bağları ayrıntılı olarak tartışalım.

İyonik Bağ

Atomlar moleküller oluşturmak için birbirine bağlandığında her atom kararlılık arar. Değerlik bandı 8 elektron içerdiğinde,stabilized condition. Bir atomun değerlik elektronları başka bir atomunkilerle birleşip kararlı hale geldiklerinde bunaionic bonding.

  • Bir atomun dış kabukta 4'ten fazla değerlik elektronu varsa, ek elektronlar arıyor demektir. Böyle bir atom genellikle biracceptor.

  • Dış kabukta herhangi bir atom 4 değerlik elektrondan daha azını tutarsa, bu elektronlardan dışarı çıkmaya çalışırlar. Bu atomlar şu şekilde bilinirdonors.

İyonik bağda, verici ve alıcı atomlar sıklıkla bir araya gelir ve kombinasyon kararlı hale gelir. Ortak tuz, iyonik bağın yaygın bir örneğidir.

Aşağıdaki şekiller, bağımsız atomların ve iyonik bağın bir örneğini göstermektedir.

Yukarıdaki şekilde sodyum (Na) atomunun 1 değerlik elektronunu 7 değerlik elektrona sahip klorür (Cl) atomuna bağışladığı görülmektedir. Klorür atomu fazla elektron elde ettiğinde hemen negatif olarak aşırı dengelenir ve bu da atomun negatif iyon olmasına neden olur. Öte yandan, sodyum atomu değerlik elektronunu kaybeder ve sodyum atomu daha sonra pozitif bir iyon haline gelir. Yüklerin çektiğinin aksine bildiğimiz gibi, sodyum ve klorür atomları elektrostatik bir kuvvetle birbirine bağlanır.

Kovalent Bağlanma

Komşu atomların değerlik elektronları diğer atomlarla paylaşıldığında kovalent bağ gerçekleşir. Kovalent bağda iyonlar oluşmaz. Bu, kovalent bağ ve iyonik bağda benzersiz bir farklılıktır.

Bir atom, dış kabukta dört değerlik elektronu içerdiğinde, bir elektronu dört komşu atomla paylaşabilir. İki bağlayıcı elektron arasında kovalent bir kuvvet oluşturulur. Bu elektronlar dönüşümlü olarak atomlar arasındaki yörüngeleri değiştirirler. Bu kovalent kuvvet, tek tek atomları birbirine bağlar. Aşağıdaki şekillerde kovalent bağın bir resmi gösterilmektedir.

Bu düzenlemede, her atomun yalnızca çekirdeği ve değerlik elektronları gösterilmiştir. Elektron çifti, tek tek atomların birbirine bağlı olması nedeniyle oluşur. Bu durumda, bağlanma eylemini tamamlamak için beş atoma ihtiyaç vardır. Birleştirme süreci her yöne doğru genişler. Her atom artık bir kafes ağı içinde birbirine bağlanmıştır ve bu kafes ağı tarafından bir kristal yapı oluşturulur.

Metalik bağlayıcı

Üçüncü tip birleştirme genellikle iyi elektrik iletkenlerinde meydana gelir ve buna metalik bağlama denir. Metalik bağda, pozitif iyonlar ve elektronlar arasında elektrostatik bir kuvvet vardır. Örneğin, bakırın değerlik bandının dış kabuğunda bir elektron vardır. Bu elektron, farklı atomlar arasında malzeme etrafında dolaşma eğilimindedir.

Bu elektron bir atomu terk ettiğinde, anında başka bir atomun yörüngesine girer. Süreç kesintisiz olarak tekrar eder. Bir atom, elektrondan ayrıldığında pozitif bir iyon haline gelir. Bu birrandom process. Bu, bir elektronun her zaman bir atoma bağlı olduğu anlamına gelir. Elektronun belirli bir yörünge ile ilişkili olduğu anlamına gelmez. Her zaman farklı yörüngelerde dolaşıyor. Sonuç olarak, tüm atomların tüm değerlik elektronlarını paylaşması muhtemeldir.

Elektronlar, pozitif iyonları örten bir bulutun içinde asılı kalır. Bu havada asılı bulut, elektronları rasgele iyonlara bağlar. Aşağıdaki şekil, bakırın metalik bağının bir örneğini göstermektedir.

Bir atomun dış halkasındaki elektron sayısı, hala iletkenler ve yalıtkanlar arasındaki farkın sebebidir. Bildiğimiz gibi, katı malzemeler öncelikle elektrikli cihazlarda elektron iletimini gerçekleştirmek için kullanılır. Bu malzemeler iletkenler, yarı iletkenler ve yalıtkanlar olarak ayrılabilir.

Bununla birlikte, iletkenler, yarı iletkenler ve izolatörler, enerji seviyesi diyagramları ile ayırt edilir. Bir elektronun değerlik bandından çıkıp iletime geçmesine neden olmak için gereken enerji miktarı burada hesaba katılacaktır. Diyagram, malzeme içindeki tüm atomların bir birleşimidir. İzolatörlerin, yarı iletkenlerin ve iletkenlerin enerji seviyesi diyagramları aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.

Değerlik Bandı

Alt kısım, valence band. Atomun çekirdeğine en yakın enerji seviyelerini temsil eder ve değerlik bandındaki enerji seviyeleri, çekirdeğin pozitif yükünü dengelemek için gerekli olan doğru sayıda elektron tutar. Bu nedenle, bu grubafilled band.

Değerlik bandında elektronlar çekirdeğe sıkıca bağlıdır. Enerji seviyesinde yukarı doğru hareket eden elektronlar, çekirdeğe doğru sonraki her seviyede daha hafif bir şekilde bağlanır. Çekirdeğe yakın enerji seviyelerindeki elektronları rahatsız etmek kolay değildir çünkü hareketleri daha büyük enerjiler gerektirir ve her elektron yörüngesinin farklı bir enerji seviyesi vardır.

İletim bandı

Diyagramdaki en üst veya en dıştaki banda, conduction band. Bir elektron, bu bandın içinde yer alan bir enerji düzeyine sahipse ve kristal içinde nispeten hareket etmekte serbestse, o zaman elektrik akımı iletir.

Yarı iletken elektroniğinde, çoğunlukla değerlik ve iletim bantları ile ilgileniyoruz. Bununla ilgili bazı temel bilgiler aşağıdadır -

  • Her atomun değerlik bandı, dış kabuktaki değerlik elektronlarının enerji seviyelerini gösterir.

  • İletim bandına girmelerine neden olmak için valans elektronlarına belirli bir miktarda enerji eklenmelidir.

Yasak Boşluk

Değerlik ve iletim bantları, nerede varsa, yasak boşluk adı verilen bir boşlukla ayrılır. Yasak uçurumun üstesinden gelmek için belirli miktarda enerjiye ihtiyaç vardır. Yetersiz ise, elektronlar iletim için serbest bırakılmaz. Elektronlar, yasak boşluğu geçmek için ek enerji alana kadar değerlik bandında kalacaktır.

Belirli bir malzemenin iletim durumu, yasak boşluğun genişliği ile gösterilebilir. Atom teorisinde, boşluğun genişliği elektron volt (eV) olarak ifade edilir. Bir elektron volt, bir elektron 1 V'luk bir potansiyel farkına maruz kaldığında kazanılan veya kaybedilen enerji miktarı olarak tanımlanır. Her elementin atomları, iletime izin veren farklı bir enerji düzeyi değerine sahiptir.

Unutmayın ki forbidden regionbir yalıtkanın nispeten geniştir. Bir yalıtkanın iletime girmesini sağlamak için çok büyük miktarda enerji gerekir. Örneğin, Thyrite.

İzolatörler yüksek sıcaklıklarda çalıştırılırsa, artan ısı enerjisi valans bandının elektronlarının iletim bandına hareket etmesine neden olur.

Enerji bandı diyagramından da anlaşılacağı gibi, bir yarı iletkenin yasak boşluğu bir yalıtkanınkinden çok daha küçüktür. Örneğin, silikonun iletim bandına girmesi için 0.7 eV enerji kazanması gerekir. Oda sıcaklığında, ısı enerjisi ilavesi bir yarı iletkende iletime neden olmak için yeterli olabilir. Bu özel özellik, katı hal elektronik cihazlarında büyük önem taşır.

Bir iletken olması durumunda, iletim bandı ve değerlik bandı kısmen birbiriyle örtüşür. Bir anlamda yasak bir boşluk yok. Bu nedenle, değerlik bandının elektronları serbest elektron haline gelmek için serbest bırakılabilir. Normalde normal oda sıcaklığında iletken içinde çok az elektrik iletimi gerçekleşir.

Daha önce tartışıldığı gibi, uygulanan bir alanın etkisi altında metalin iç kısmı boyunca hareket eden atom başına bir veya daha fazla serbest elektron olabilir.

Aşağıdaki şekil bir metal içindeki yük dağılımını göstermektedir. Olarak bilinirelectron-gas description of a metal.

hashed regionpozitif yüklü çekirdeği temsil eder. Mavi noktalar, bir atomun dış kabuğundaki değerlik elektronlarını temsil eder. Temel olarak, bu elektronlar herhangi bir belirli atoma ait değildir ve sonuç olarak, bireysel kimliklerini kaybettiler ve atomdan atoma serbestçe dolaşırlar.

Elektronlar kesintisiz bir hareket halindeyken, ağır iyonlarla her çarpışmada taşıma yönü değişir. Bu, bir metalin elektron-gaz teorisine dayanmaktadır. Çarpışmalar arasındaki ortalama mesafeyemean free path. Belirli bir zamanda metalin bir birim alandan, zıt yönde, rastgele geçen elektronlar, ortalama akımı sıfır yapar.

Yarı iletken cihazlara voltaj uygulandığında, elektron akımı kaynağın pozitif tarafına doğru akar ve delik akımı kaynağın negatif tarafına doğru akar. Böyle bir durum yalnızca yarı iletken bir malzemede meydana gelir.

Silikon ve Germanyum en yaygın yarı iletken malzemelerdir. Genel olarak, bir yarı iletkenin iletkenliği, metallerin ve yalıtkanların iletkenlikleri arasında bulunur.

Yarı İletken Olarak Germanyum

Aşağıdakiler hakkında bazı önemli noktalar Germanium -

  • Germanyumun en dış yörüngesinde dört elektron vardır. Bağlarda atomlar yalnızca dış elektronlarıyla gösterilir.

  • Germanyum atomları, kovalent bir bağda değerlik elektronlarını paylaşacak. Bu, aşağıdaki şekilde gösterilmektedir. Germanyum, kovalent bağ ile ilişkili olanlardır. Germanyumun kristal formuna kristal kafesler denir. Bu tip yapı, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi düzenlenmiş atomlara sahiptir.

  • Böyle bir düzenlemede, elektronlar çok kararlı bir durumdadır ve bu nedenle iletkenlerle ilişkilendirilmeye daha az uygundur. Saf haliyle, germanyum bir yalıtım malzemesidir ve birintrinsic semiconductor.

Aşağıdaki şekil Silikon ve Germanyumun atomik yapılarını göstermektedir.

Yarı İletken Olarak Silikon

Yarı iletken cihazlar ayrıca çeşitli elektronik bileşenlerin üretiminde silikon kullanır. Silisyum ve germanyumun atomik yapısı yukarıdaki şekilde gösterilmektedir. Silikonun kristal kafes yapısı Germanyumunkine benzer.

Silikonla ilgili önemli noktalardan bazıları aşağıdadır -

  • En dıştaki kabuğunda germanyum gibi dört elektron var.

  • Saf haliyle, yarı iletken bir cihaz olarak hiçbir faydası yoktur.

  • Safsızlıkların eklenmesiyle istenen miktarda iletkenlik elde edilebilir.

  • Kirlilik eklenmesi dikkatlice ve kontrollü bir ortamda yapılmalıdır.

  • Eklenen safsızlık türüne bağlı olarak, fazlalık veya elektron eksikliği yaratacaktır.

Aşağıdaki şekil Silikonun kendine özgü kristalini göstermektedir.

Saf Silikon veya Germanyum nadiren yarı iletken olarak kullanılır. Pratik olarak kullanılabilen yarı iletkenler, kendilerine kontrollü miktarda kirlilik eklenmelidir. Safsızlık eklenmesi, iletken kabiliyetini değiştirecek ve bir yarı iletken görevi görecektir. İçsel veya saf bir malzemeye safsızlık ekleme işleminedoping ve kirliliğe a denir dopant. Katkılamadan sonra, içsel bir malzeme dışsal bir malzeme haline gelir. Pratik olarak ancak doping yapıldıktan sonra bu malzemeler kullanılabilir hale gelir.

Kristal yapıyı değiştirmeden silisyum veya germanyuma bir safsızlık eklendiğinde, N tipi bir malzeme üretilir. Bazı atomlarda, elektronlar değerlik bantlarında arsenik (As) ve antimon (Sb) gibi beş elektrona sahiptir. Silikonun safsızlık ile katkılanması kristal yapıyı veya bağlanma sürecini değiştirmemelidir. Ekstra safsızlık atom elektronu, kovalent bir bağda yer almaz. Bu elektronlar, kaynak atomları tarafından gevşek bir şekilde bir arada tutulur. Aşağıdaki şekil, bir safsızlık atomunun eklenmesi ile silikon kristalinin değişimini göstermektedir.

Dopingin N Tipi Malzemeye Etkisi

Dopingin N tipi bir malzeme üzerindeki etkisi aşağıdaki gibidir -

  • Saf Silikona Arsenik ilave edildiğinde, kristal N-tipi bir malzeme haline gelir.

  • Arsenik atomu, kovalent bağlanma sürecinde yer almayan ek elektronlara veya negatif yüklere sahiptir.

  • Bu safsızlıklar, kristale bir elektron olarak pes eder veya bağışlar ve bunlara donör safsızlıkları adı verilir.

  • N-tipi bir malzeme, içsel bir malzemeden daha fazla veya serbest elektrona sahiptir.

  • N tipi bir malzeme negatif olarak yüklenmez. Aslında tüm atomları elektriksel olarak nötrdür.

  • Bu ekstra elektronlar kovalent bağlanma işlemine katılmaz. Kristal yapı içinde hareket etmekte özgürler.

  • Bir N-tipi harici silikon kristali, uygulanan sadece 0,005eV enerji ile iletime girecektir.

  • İçsel kristalin elektronlarını değerlik bandından iletim bandına taşımak için sadece 0.7eV gereklidir.

Normalde, elektronlar bu tür kristallerde çoğunluk akım taşıyıcıları olarak kabul edilir ve delikler azınlık akım taşıyıcılarıdır. Silicon'a eklenen donör materyal miktarı, yapısındaki çoğunluk mevcut taşıyıcıların sayısını bulur.

N-tipi bir silikondaki elektron sayısı, içsel silikonun elektron deliği çiftlerinden çok daha fazladır. Oda sıcaklığında, bu malzemenin elektriksel iletkenliğinde kesin bir fark vardır. Akım akışında yer alacak çok sayıda akım taşıyıcı vardır. Bu tür malzemelerde akımın akışı çoğunlukla elektronlar tarafından sağlanır. Bu nedenle, dışsal bir malzeme iyi bir elektrik iletkeni haline gelir.

Dopingin P Tipi Malzemeye Etkisi

Dopingin P tipi bir malzeme üzerindeki etkisi aşağıdaki gibidir -

  • Saf silikona İndiyum (In) veya Galyum (Ga) eklendiğinde, P tipi bir malzeme oluşur.

  • Bu tür katkı maddesinin üç değerlik elektronu vardır. Hevesle dördüncü bir elektron arıyorlar.

  • P tipi malzemede her delik bir elektron ile doldurulabilir. Bu delik alanını doldurmak için, komşu kovalent bağlı gruplardan gelen elektronlardan çok daha az enerji gerekir.

  • Silikon, tipik olarak 1 ila 106 aralığında doping malzemesi ile takviye edilir. Bu, P malzemesinin saf silikonun elektron deliği çiftlerinden çok daha fazla deliğe sahip olacağı anlamına gelir.

  • Oda sıcaklığında, bu malzemenin elektriksel iletkenliğinde çok belirgin bir karakteristik fark vardır.

Aşağıdaki şekil, bir alıcı elementle - bu durumda İndiyum - katkılandığında Silikonun kristal yapısının nasıl değiştiğini göstermektedir. Bir parça P malzemesi pozitif yüklü değildir. Atomlarının tamamı elektriksel olarak nötrdür.

Bununla birlikte, birçok atom grubunun kovalent yapısında delikler vardır. Bir elektron içeri girip bir deliği doldurduğunda, delik boş hale gelir. Elektronun bıraktığı bağlı grupta yeni bir delik oluşturulur. Etkili delik hareketi elektron hareketinin sonucudur. P tipi bir malzeme, uygulanan sadece 0,05 eV enerji ile iletime girecektir.

Yukarıdaki şekil, bir P-tipi kristalin bir voltaj kaynağına bağlandığında nasıl tepki vereceğini gösterir. Elektronlardan daha fazla sayıda delik olduğuna dikkat edin. Uygulanan voltaj ile elektronlar pozitif akü terminaline çekilir.

Delikler bir anlamda eksi akü terminaline doğru hareket eder. Bu noktada bir elektron alınır. Elektron hemen bir deliği doldurur. Delik daha sonra geçersiz hale gelir. Aynı zamanda, pozitif batarya terminali tarafından malzemeden bir elektron çekilir. Bu nedenle delikler, elektronların farklı bağlı gruplar arasında değişmesi nedeniyle negatif terminale doğru hareket eder. Uygulanan enerji ile delik akışı süreklidir.

P ve N malzemelerinden yapılmış bir kristal yapı genellikle şu şekilde bilinir: junction diode. Genellikle iki terminalli bir cihaz olarak kabul edilir. Aşağıdaki diyagramda gösterildiği gibi, bir terminal P-tipi malzemeye ve diğeri N-tipi malzemeye bağlanmıştır.

Bu malzemelerin bağlandığı ortak bağ noktasına a junction. Bir bağlantı diyotu, akım taşıyıcılarının bir yönde akmasına ve ters yönde akım akışını engellemesine izin verir.

Aşağıdaki şekil bir bağlantı diyotunun kristal yapısını göstermektedir. Bağlantı noktasına göre P tipi ve N tipi malzemelerin konumuna bir göz atın. Kristalin yapısı bir uçtan diğer uca süreklidir. Bağlantı, yalnızca bir malzemenin sonunu ve diğerinin başlangıcını temsil eden bir ayırma noktası görevi görür. Böyle bir yapı, elektronların tüm yapı içinde iyice hareket etmesine izin verir.

Aşağıdaki diyagram, bir PN bağlantısına dönüştürülmeden önce yarı iletken maddenin iki bölümünü göstermektedir. Belirtildiği gibi, malzemenin her bir parçasımajority ve minority current carriers.

Her bir malzemede gösterilen taşıyıcı sembollerinin miktarı, azınlık veya çoğunluk işlevini gösterir. Bildiğimiz gibi elektronlar, N tipi malzemede çoğunluk taşıyıcıdır ve delikler azınlık taşıyıcılardır. P tipi malzemede delikler çoğunlukta taşıyıcıdır ve elektronlar azınlıktadır.

Başlangıçta, bir bağlantı diyotu oluştuğunda, mevcut taşıyıcılar arasında benzersiz bir etkileşim vardır. N tipi malzemede, elektronlar P malzemesindeki delikleri doldurmak için bağlantı boyunca kolayca hareket eder. Bu eyleme genelliklediffusion. Difüzyon, bir malzemede yüksek taşıyıcı birikimi ve diğerinde daha düşük bir toplanmanın sonucudur.

Genel olarak, bağlantı noktasına yakın olan akım taşıyıcıları sadece difüzyon sürecinde yer alır. N malzemesinden çıkan elektronlar, yerlerinde pozitif iyonların oluşmasına neden olur. Delikleri doldurmak için P malzemesine girerken, bu elektronlar tarafından negatif iyonlar oluşturulur. Sonuç olarak, bağlantının her iki tarafında çok sayıda pozitif ve negatif iyon bulunur.

Bu deliklerin ve elektronların tükendiği alan genellikle tükenme bölgesi terimi ile bilinir. Mevcut taşıyıcıların çoğunluğunun eksik olduğu bir alandır. Normalde, PN eklemi oluştuğunda bir tükenme bölgesi gelişir. Aşağıdaki şekil, bir bağlantı diyotunun tükenme bölgesini göstermektedir.

N-tipi ve P-tipi malzemeler, ortak bir bağlantı noktasında birleştirilmeden önce elektriksel olarak nötr olarak kabul edilir. Bununla birlikte, birleşme difüzyonu anında gerçekleşir, elektronlar P malzemesinde negatif iyonların ortaya çıkmasına neden olan delikleri doldurmak için bağlantı noktasından geçerken, bu hareket kavşağın yakınındaki alanın negatif bir yük almasına neden olur. N malzemeden çıkan elektronlar, onun pozitif iyonlar üretmesine neden olur.

Tüm bu süreç, sırayla, bağlantının N tarafının net bir pozitif yük almasına neden olur. Bu özel yük oluşumu, kalan elektronları ve delikleri bağlantı noktasından uzağa zorlama eğilimindedir. Bu hareket, diğer yük taşıyıcılarının bağlantı boyunca dağılmasını biraz zorlaştırır. Sonuç olarak, yük oluşturulur veya bağlantı noktasında bariyer potansiyeli ortaya çıkar.

Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi. Ortaya çıkan bariyer potansiyeli, PN bağlantısına bağlı küçük bir bataryaya sahiptir. Verilen şekilde, bu potansiyel bariyerin P ve N malzemesine göre polaritesini gözlemleyin. Bu voltaj veya potansiyel, kristal harici bir enerji kaynağına bağlı olmadığında var olacaktır.

Germanyumun bariyer potansiyeli yaklaşık 0,3 V ve silikonun 0,7 V'tur. Bu değerler doğrudan ölçülemez ve bağlantı noktasının uzay yükü bölgesinde görünür. Akım iletimini üretmek için, bir PN bağlantısının bariyer potansiyeli, harici bir voltaj kaynağı ile aşılmalıdır.

Yanlılık terimi, belirli çalışma koşullarını ayarlamak için DC voltajının uygulanmasını ifade eder. Veya bir PN bağlantısına harici bir enerji kaynağı uygulandığında, buna ön gerilim veya basitçe önyargı denir. Bu yöntem, bağlantının bariyer potansiyelini ya artırır ya da azaltır. Sonuç olarak, bariyer potansiyelinin azalması, mevcut taşıyıcıların tükenme bölgesine geri dönmesine neden olur. Aşağıdaki iki önyargı koşulu, PN bağlantılarına uygulanır.

  • Forward Biasing - Bariyer potansiyeline aynı polaritede bir harici voltaj eklenir, bu da tükenme bölgesinin genişliğinde bir artışa neden olur.

  • Reverse Biasing - Bir PN bağlantısı, harici voltaj eyleminin uygulanması akım taşıyıcılarının tükenme bölgesine girmesini önleyecek şekilde önyargılıdır.

İleriye Ağırlık Verme

Aşağıdaki şekil, harici voltaj uygulanmış ileri eğimli bir PN bağlantı diyotunu göstermektedir. Pilin artı kutbunun P malzemesine ve pilin eksi kutbunun N malzemeye bağlandığını görebilirsiniz.

Aşağıdaki gözlemler -

  • Bu ön gerilim voltajı, her bir P ve N tipi malzemenin çoğunluk akım taşıyıcılarını iter. Sonuç olarak, kavşakta çok sayıda delik ve elektron görünmeye başlar.

  • Bağlantı noktasının N tarafında, tükenme bölgesindeki pozitif iyonları nötralize etmek için elektronlar içeri girer.

  • P tarafı malzemesinde, elektronlar negatif iyonlardan sürüklenir ve bu da onların tekrar nötr hale gelmesine neden olur. Bu, öne doğru eğilmenin tükenme bölgesini ve dolayısıyla bariyer potansiyelini de daralttığı anlamına gelir. Bu, PN bağlantısı ileri doğru eğilimli olduğunda, sürekli bir akım akışına izin vereceği anlamına gelir.

Aşağıdaki şekil, ileri eğimli bir diyotun akım taşıyıcılarının akışını göstermektedir. Diyota bağlı harici bir voltaj kaynağı sayesinde sabit bir elektron kaynağı mevcuttur. Akımın akışı ve yönü diyagramda diyotun dışındaki büyük oklarla gösterilmiştir. Elektron akışı ve akım akışının aynı şeyi ifade ettiğine dikkat edin.

Aşağıdaki gözlemler -

  • Elektronların, negatif pil terminalinden N malzemesine bir tel boyunca aktığını varsayalım. Bu malzemeye girdikten sonra hemen kavşağa akarlar.

  • Benzer şekilde, diğer tarafta eşit sayıda elektron P tarafından çekilir ve pozitif pil terminaline geri döndürülür. Bu hareket, yeni delikler oluşturur ve bunların bağlantı noktasına doğru hareket etmesine neden olur.

  • Bu delikler ve elektronlar birleşim noktasına ulaştıklarında birleşirler ve etkili bir şekilde kaybolurlar. Sonuç olarak, diyotun dış uçlarında yeni delikler ve elektronlar ortaya çıkar. Bu çoğunluk taşıyıcıları sürekli olarak oluşturulur. Bu eylem, harici voltaj kaynağı uygulandığı sürece devam eder.

  • Diyot ileri eğilimli olduğunda, elektronların diyotun tüm yapısı boyunca aktığı fark edilebilir. Bu, N tipi malzemede yaygındır, oysa P malzemesinde delikler hareketli akım taşıyıcılarıdır. Bir yöndeki delik hareketinin ters yöndeki elektron hareketiyle başlaması gerektiğine dikkat edin. Bu nedenle, toplam akım akışı, bir diyot içinden geçen deliklerin ve elektronların eklenmesidir.

Ters Ağırlıklandırma

Aşağıdaki şekil, harici voltaj uygulanmış ters taraflı PN bağlantı diyotunu göstermektedir. Pilin artı kutbunun N malzemeye ve pilin eksi kutbunun P malzemesine bağlı olduğunu görebilirsiniz. Böyle bir düzenlemede, pil polaritesinin, farklı yüklerin çekilmesi için diyotun malzeme polaritesine karşı çıkması gerektiğine dikkat edin. Bu nedenle, her malzemenin çoğunluk yük taşıyıcıları bağlantı noktasından uzağa sürüklenir. Ters önyargı, diyotun iletken olmamasına neden olur.

Aşağıdaki şekil, çoğunluk akım taşıyıcılarının ters eğimli bir diyot içindeki düzenini göstermektedir.

Aşağıdaki gözlemler -

  • N malzemesinin devre hareketi nedeniyle elektronları, pozitif pil terminaline doğru çekilir.

  • Diyotu hareket ettiren veya ayıran her elektron, yerinde pozitif bir iyonun ortaya çıkmasına neden olur. Sonuç olarak, bu, bağlantının N tarafındaki tükenme bölgesinin genişliğinde eşdeğer bir artışa neden olur.

  • Diyotun P tarafı, N tarafı ile benzer bir etkiye sahiptir. Bu işlemde, bir takım elektronlar negatif batarya terminalini terk eder ve P tipi malzemeye girer.

  • Bu elektronlar daha sonra hemen içeri girer ve birkaç deliği doldurur. Kaplanan her delik daha sonra negatif bir iyon haline gelir. Bu iyonlar daha sonra negatif pil terminali tarafından itilir ve bağlantı noktasına doğru sürülür. Bundan dolayı, bağlantının P tarafındaki tükenme bölgesinin genişliğinde artış vardır.

Tükenme bölgesinin toplam genişliği, doğrudan ters yönlü bir diyotun harici bir voltaj kaynağına bağlıdır. Bu durumda diyot, geniş tükenme bölgesi boyunca akım akışını verimli bir şekilde destekleyemez. Sonuç olarak, potansiyel yük bağlantı boyunca gelişmeye başlar ve bariyer potansiyeli harici ön gerilim voltajına eşit olana kadar artar. Bundan sonra diyot, iletken olmayan gibi davranır.

PN bağlantı diyotunun önemli bir iletim sınırlaması leakage current. Bir diyot ters eğilimli olduğunda, tükenme bölgesinin genişliği artar. Genel olarak bu koşul, bağlantı noktasına yakın akım taşıyıcı birikimini sınırlamak için gereklidir. Çoğunluk akım taşıyıcıları öncelikle tükenme bölgesinde reddedilir ve bu nedenle tükenme bölgesi bir yalıtkan görevi görür. Normalde, akım taşıyıcıları bir yalıtıcıdan geçmez.

Ters taraflı bir diyotta, tükenme bölgesinden bir miktar akımın geçtiği görülmektedir. Bu akıma kaçak akım denir. Kaçak akım, azınlık akım taşıyıcılarına bağlıdır. Azınlık taşıyıcıların P tipi malzemede elektronlar ve N tipi malzemede delikler olduğunu bildiğimiz gibi.

Aşağıdaki şekil, bir diyot ters eğilimli olduğunda akım taşıyıcılarının nasıl tepki verdiğini gösterir.

Aşağıdaki gözlemler -

  • Her malzemenin azınlık taşıyıcıları, tükenme bölgesinden bağlantı noktasına doğru itilir. Bu eylem, çok küçük bir kaçak akımın oluşmasına neden olur. Genel olarak, kaçak akım o kadar küçüktür ki, ihmal edilebilir olarak kabul edilebilir.

  • Burada kaçak akım olması durumunda sıcaklık önemli bir rol oynar. Azınlık akım taşıyıcıları çoğunlukla sıcaklığa bağlıdır.

  • 25 ° C veya 78 ° F oda sıcaklıklarında, ters önyargı diyotunda ihmal edilebilir miktarda azınlık taşıyıcı bulunur.

  • Çevre sıcaklığı yükseldiğinde, azınlık taşıyıcı oluşumunda önemli bir artışa neden olur ve sonuç olarak kaçak akımda buna karşılık gelen bir artışa neden olur.

Tüm ters taraflı diyotlarda, kaçak akım oluşumu bir dereceye kadar normaldir. Germanyum ve Silikon diyotlarda kaçak akım sadece birkaç tanedirmicroamperes ve nanoamperes, sırasıyla. Germanyum, sıcaklığa silikondan çok daha duyarlıdır. Bu nedenle modern yarı iletken cihazlarda çoğunlukla Silikon kullanılmaktadır.

İleri önyargı ve ters önyargı işlemleri için çeşitli akım ölçekleri vardır. Eğrinin ileri kısmı, diyotun basitçe P-bölgesi pozitif ve N-bölgesi negatif yapıldığında hareket ettiğini gösterir.

Diyot, yüksek direnç yönünde neredeyse hiç akım iletmez, yani Pregion negatif yapıldığında ve N-bölgesi pozitif yapıldığında. Artık delikler ve elektronlar bağlantı noktasından uzağa çekilerek bariyer potansiyelinin artmasına neden olur. Bu durum, eğrinin ters akım kısmı ile gösterilir.

Eğrinin noktalı bölümü, ideal curveÇığın çökmesi olmasaydı sonuç olurdu. Aşağıdaki şekil bir bağlantı diyotunun statik karakteristiğini göstermektedir.

DIODE IV Özellikleri

Bir diyotun ileri ve geri akım voltajı (IV) özellikleri genellikle tek bir karakteristik eğri üzerinde karşılaştırılır. İleri Karakteristik bölümü altında gösterilen şekil, İleri Gerilim ve Geri Gerilimin genellikle grafiğin yatay çizgisinde çizildiğini gösterir.

İleri ve geri akım değerleri grafiğin dikey ekseninde gösterilir. İleri Voltaj sağda ve Ters Voltaj solda temsil edilir. Başlangıç ​​noktası veya sıfır değeri grafiğin merkezindedir. İleri Akım, Ters Akım aşağı doğru uzanarak yatay eksenin üzerinde uzar.

Birleştirilmiş İleri Voltaj ve İleri Akım değerleri grafiğin sağ üst kısmında ve Ters Voltaj ve Ters Akım sol alt köşesinde bulunur. İleri ve geri değerleri görüntülemek için normalde farklı ölçekler kullanılır.

İleri Karakteristik

Bir diyot ileri eğilimli olduğunda, akımı (IF) ileri yönde iletir. IF'nin değeri doğrudan ileri gerilim miktarına bağlıdır. İleri voltaj ve ileri akım arasındaki ilişki, bir diyotun amper-volt veya IV karakteristiği olarak adlandırılır. Tipik bir diyot ileri IV karakteristiği aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Aşağıdaki gözlemler -

  • İleri Voltaj, diyot boyunca ölçülür ve İleri Akım, diyottan geçen akımın bir ölçüsüdür.

  • Diyot üzerindeki ileri voltaj 0V'ye eşit olduğunda, ileri akım (IF) 0 mA'ya eşittir.

  • Değer grafiğin başlangıç ​​noktasından (0) başladığında, VF 0.1-V adımlarla aşamalı olarak arttırılırsa, IF yükselmeye başlar.

  • VF'nin değeri, PN bağlantısının bariyer potansiyelinin üstesinden gelmek için yeterince büyük olduğunda, IF'de önemli bir artış meydana gelir. Bunun meydana geldiği noktaya genellikle diz voltajı denir.VK. Germanyum diyotlar için,VK silikon için yaklaşık 0,3 V ve 0,7 V'dir.

  • IF'nin değeri çok daha fazla artarsa VKileri akım oldukça büyük hale gelir.

Bu işlem, bağlantı noktasında aşırı ısı oluşmasına neden olur ve bir diyotu tahrip edebilir. Bu durumu önlemek için diyot ile seri olarak koruyucu bir direnç bağlanır. Bu direnç, ileri akımı maksimum anma değeriyle sınırlar. Normalde, diyotlar ileri yönde çalıştırıldığında bir akım sınırlayıcı direnç kullanılır.

Ters Karakteristik

Bir diyot ters eğilimli olduğunda, genellikle oldukça küçük olan Ters akımı iletir. Tipik bir diyot ters IV karakteristiği yukarıdaki şekilde gösterilmiştir.

Bu grafikteki dikey ters akım çizgisi, mikroamper cinsinden ifade edilen akım değerlerine sahiptir. Ters akımın iletilmesinde rol alan azınlık akım taşıyıcılarının miktarı oldukça azdır. Genel olarak bu, ters akımın ters voltajın büyük bir bölümünde sabit kaldığı anlamına gelir. Bir diyotun ters voltajı başlangıçtan itibaren artırıldığında, ters akımda çok küçük bir değişiklik olur. Arıza gerilimi (VBR) noktasında akım çok hızlı artar. Diyot üzerindeki voltaj şu anda oldukça sabit kalır.

Bu sabit voltaj özelliği, ters önyargı koşulu altında bir dizi diyot uygulamasına yol açar. Ters taraflı bir diyotta akım iletiminden sorumlu olan süreçler şöyle adlandırılır:Avalanche breakdown ve Zener breakdown.

Diyot Özellikleri

Diğer herhangi bir seçim gibi, belirli bir uygulama için bir diyot seçimi düşünülmelidir. Üretici genellikle bu tür bilgileri sağlar. Maksimum voltaj ve akım değerleri, olağan çalışma koşulları, mekanik gerçekler, kablo tanımlama, montaj prosedürleri vb. Gibi özellikler.

Aşağıda önemli özelliklerden bazıları verilmiştir -

  • Maximum forward current (IFM) - Bir diyottan geçebilen mutlak maksimum tekrarlayan ileri akım.

  • Maximum reverse voltage (VRM) - Bir diyota uygulanabilecek mutlak maksimum veya tepe ters önyargı voltajı.

  • Reverse breakdown voltage (VBR) - Arızanın meydana geleceği minimum sabit durum ters voltajı.

  • Maximum forward surge current (IFM-surge)- Kısa bir süre için tolere edilebilecek maksimum akım. Bu akım değeri, IFM'den çok daha büyüktür.

  • Maximum reverse current (IR) - Cihaz çalışma sıcaklığında tolere edilebilecek mutlak maksimum ters akım.

  • Forward voltage (VF) - Cihazın çalışma sıcaklığında belirli bir ileri akım için maksimum ileri voltaj düşüşü.

  • Power dissipation (PD) - Cihazın 25 ° C'de serbest havada sürekli olarak güvenle emebileceği maksimum güç.

  • Reverse recovery time (Trr) - Cihazın açılıp kapanması için gereken maksimum süre.

Önemli Terimler

  • Breakdown Voltage - Ters akımdaki ani yükselme ile PN bağlantısının bozulduğu minimum ters öngerilim voltajıdır.

  • Knee Voltage - Bağlantı noktasından geçen akımın hızla artmaya başladığı ileri gerilimdir.

  • Peak Inverse Voltage - PN bağlantısına zarar vermeden uygulanabilecek maksimum ters gerilimdir.

  • Maximum Forward Rating - Bir PN bağlantısının zarar vermeden geçebileceği en yüksek anlık ileri akımdır.

  • Maximum Power Rating - Bağlantıya zarar vermeden bağlantı noktasından dağıtılabilen maksimum güçtür.

Işık Yayan Diyotlar, günlük faaliyetlerimizi doğrudan veya dolaylı olarak etkilemektedir. Mesaj göstergesinden LED TV'lere, bu LED'lerin bulunduğu her yerde. Temelde, içinden bir ileri akım geçmesine izin verildiğinde ışık yayan bir PN bağlantı diyotudur. Aşağıdaki şekil bir LED'in mantık sembolünü göstermektedir.

PN Bağlantı Diyotu Nasıl Işık Yayar?

LED'ler Silikon veya Germanyumdan ve Galyum Arsenit (GaAs) ve Galyum Fosfit (GaP) gibi elementlerden yapılmaz. Bu malzemeler ışık yaydıkları için bilinçli olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle, bir LED ileriye dönük olduğunda, her zamanki gibi elektronlar kavşağı geçer ve deliklerle birleşir.

Bu hareket, N-tipi bölgedeki elektronların iletimden çıkmasına ve değerlik bandına dönmesine neden olur. Bunu yaparken, her bir serbest elektronun sahip olduğu enerji serbest bırakılır. Açığa çıkan enerjinin bir kısmı ısı olarak ortaya çıkar ve geri kalanı görünür ışık enerjisi olarak verilir.

LED'ler Silikon ve Germanyum'dan yapılmışsa, elektronların rekombinasyonu sırasında, tüm enerji sadece ısı şeklinde dağıtılır. Öte yandan, Galyum Arsenit (GaAs) ve Galyum Fosfit (GaP) gibi malzemeler, görünür ışık üretmek için yeterli olan yeterli fotonlara sahiptir.

  • LED'ler galyum arsenitten yapılırsa kırmızı ışık üretirler.
  • LED'ler Galyum Fosfitten yapılmışsa, bu tür LED'ler yeşil ışık yayar.

Şimdi, bir LED'in anotunun başka bir LED'in katoduna veya tam tersi şekilde bağlanacağı şekilde, harici bir voltaj kaynağı kaynağına arka arkaya bağlanan iki LED'i düşünün. Bu devreye harici bir voltaj uygulandığında, bir LED bir seferde çalışacak ve bu devre eylemi nedeniyle, bir LED öne eğilimli ve diğeri ters eğilimli olduğunda farklı bir ışık yayar veya tam tersi.

LED'lerin avantajları

LED'ler aşağıdaki avantajları sunar -

  • Boyut olarak oldukça küçük.
  • Çok hızlı geçiş.
  • Çok düşük voltajla çalıştırılabilir.
  • Çok uzun bir yaşam beklentisi.
  • Yapım prosedürü farklı şekil ve desenlerde üretime izin verir.

LED'lerin uygulamaları

LED'ler çoğunlukla 0'dan 9'a kadar sayıları gösteren sayısal ekranlarda kullanılır. seven-segment display dijital sayaçlarda, saatlerde, hesap makinelerinde vb. bulunur.

Ters arıza bölgesinde çalışmak üzere yapılan özel bir yarı iletken diyot türüdür. Aşağıdaki şekil kristal yapısını ve bir Zener diyotunun sembolünü gösterir. Çoğunlukla geleneksel bir diyotunkine benzer. Bununla birlikte, onu normal bir diyotun sembolünden ayırmak için küçük değişiklikler yapılır. Bükülmüş çizgi Zener'ın 'Z' harfini gösterir.

Zener diyotlar ile normal PN eklem diyotlarındaki en önemli fark, devrelerde kullanıldıkları moddadır. Bu diyotlar normalde yalnızca ters öngerilim yönünde çalıştırılır, bu da anotun voltaj kaynağının negatif tarafına ve katotun pozitif tarafına bağlanması gerektiği anlamına gelir.

Zener diyot ile aynı şekilde normal bir diyot kullanılırsa, aşırı akım nedeniyle yok olacaktır. Bu özellik, Zener diyotunu daha az önemli hale getirir.

Aşağıdaki çizim, Zener diyotlu bir regülatörü göstermektedir.

Zener diyot, düzenlenmemiş DC besleme kaynağı boyunca ters önyargı yönünde bağlanır. Ters arıza voltajının düşürülmesi için ağır bir şekilde katkılanır. Bu, çok ince bir tükenme tabakasına neden olur. Bundan dolayı, Zener diyotunun keskin ters arıza voltajı vardır.Vz.

Devre hareketine göre, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi akımda ani bir artışla arıza aniden meydana gelir.

Voltaj Vzakım artışı ile sabit kalır. Bu özelliğinden dolayı Zener diyot, voltaj regülasyonunda yaygın olarak kullanılmaktadır. Zener üzerinden akımdaki değişimden bağımsız olarak neredeyse sabit çıkış voltajı sağlar. Böylece yük voltajı sabit bir değerde kalır.

Diz voltajı olarak bilinen belirli bir ters voltajda, akımın sabit voltajla keskin bir şekilde arttığını görebiliriz. Bu özelliğinden dolayı, Zener diyotları voltaj stabilizasyonunda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bir fotodiyot, ışığa maruz kaldığında akımı iletecek bir PN bağlantı diyotudur. Bu diyot aslında ters önyargı modunda çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Bu, düşen ışığın yoğunluğu ne kadar büyük olursa, ters önyargı akımının o kadar büyük olacağı anlamına gelir.

Aşağıdaki şekil şematik bir sembolü ve bir foto diyotun yapısal detayını göstermektedir.

Fotoğraf Diyotunun Çalışması

Bu bir reverse-biased diode. Gelen ışığın yoğunluğu arttıkça ters akım artar. Bu, ters akımın düşen ışığın yoğunluğuyla doğru orantılı olduğu anlamına gelir.

P tipi bir alt tabakaya monte edilmiş ve metal bir kutu içinde mühürlenmiş bir PN bağlantısından oluşur. Birleşme noktası şeffaf mercekten yapılmıştır ve ışığın düşmesi gereken penceredir.

Bildiğimiz gibi, PN eklem diyotu ters eğilimli olduğunda, çok az miktarda ters akım akar. Ters akım, diyotun tükenme bölgesindeki elektron deliği çiftleri tarafından termal olarak üretilir.

Işık PN bağlantısına düştüğünde, bağlantı tarafından emilir. Bu, daha fazla elektron deliği çifti oluşturacaktır. Veya karakteristik olarak ters akım miktarının arttığını söyleyebiliriz.

Yani düşen ışığın şiddeti arttıkça PN eklem diyotunun direnci azalır.

  • Bu hareket diyotu daha iletken hale getirir.
  • Bu diyotlar çok hızlı tepki süresine sahiptir
  • Bunlar yüksek bilgi işlem cihazlarında kullanılır.
  • Ayrıca alarm devrelerinde, sayaç devrelerinde vb. Kullanılır.

Temel bir fotovoltaik hücre, bir pn bağlantısı oluşturan bir n-tipi ve bir p-tipi yarı iletkenden oluşur. Üst alan, genellikle güneşe maruz kalan geniş ve şeffaftır. Bu diyotlar veya hücreler, ışığa maruz kaldıklarında voltaj üreten olağanüstüdür. Hücreler ışık enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştürür.

Aşağıdaki şekil, symbol of photovoltaic cell.

Bir Fotovoltaik Hücrenin Çalışması

Bir fotovoltaik hücrenin yapısı, bir PN bağlantı diyotununkine benzer. Işık uygulanmadığında cihazdan akım akışı olmaz. Bu durumda, hücre akım üretemez.

Yeterli miktarda ışık gerektiren hücreyi doğru şekilde yönlendirmek önemlidir. Işık uygulandığında, dikkat çekici bir PN bağlantı diyot durumu gözlemlenebilir. Sonuç olarak, elektronlar yeterli enerji elde eder ve ana atomlardan kopar. Tükenme bölgesinde yeni oluşturulan bu elektron deliği çiftleri, kavşağı geçer.

Bu eylemde elektronlar, normal pozitif iyon konsantrasyonu nedeniyle N tipi malzemeye hareket eder. Aynı şekilde delikler, negatif içeriği nedeniyle P tipi malzemenin içine doğru uzanır. Bu, N tipi malzemenin anında negatif bir yük almasına ve P malzemesinin pozitif bir yük almasına neden olur. PN bağlantısı daha sonra yanıt olarak küçük bir voltaj sağlar.

Fotovoltaik Hücrenin Özellikleri

Soldaki aşağıdaki şekil, özelliklerden birini, ters akım (I R ) ile bir foto diyotun aydınlatması (E) arasındaki bir grafiği göstermektedir . IR, dikey eksende ölçülür ve aydınlatma yatay eksende ölçülür. Grafik, sıfır konumundan geçen düz bir çizgidir.

yani, I R = mE

m = grafik düz çizgi eğimi

Parametre m diyotun hassasiyetidir.

Sağdaki şekil, foto diyotun başka bir özelliğini, ters akım (I R ) ve bir foto diyotun ters voltajı arasındaki bir grafiği göstermektedir . Grafikten, verilen bir ters voltaj için, PN bağlantısındaki aydınlatma arttıkça ters akımın arttığı açıktır.

Bu hücreler genellikle ışık uygulandığında bir yük cihazına elektrik gücü sağlar. Daha büyük bir voltaj gerekiyorsa, bu hücrelerin dizisi aynı şeyi sağlamak için kullanılır. Bu nedenle fotovoltaik hücreler, yüksek düzeyde ışık enerjisinin mevcut olduğu uygulamalarda kullanılır.

Bu, PN malzemelerinde tutarsız bir safsızlık konsantrasyonuna sahip özel bir PN bağlantı diyotudur. Normal bir PN bağlantı diyotunda, katkı katışkıları genellikle malzeme boyunca eşit olarak dağılır. Varaktör diyot, bağlantı noktasına yakın çok az miktarda safsızlık ile katkılanır ve kirlilik konsantrasyonu bağlantı noktasından uzaklaşarak artar.

Geleneksel bağlantı diyotunda, tükenme bölgesi P ve N malzemesini ayıran bir alandır. Tükenme bölgesi, başlangıçta bağlantı ilk oluşturulduğunda geliştirilir. Bu bölgede hiçbir akım taşıyıcı yoktur ve bu nedenle tükenme bölgesi bir dielektrik ortam veya yalıtkan olarak işlev görür.

Çoğunluk taşıyıcıları olarak delikleri olan P-tipi malzeme ve çoğunluk taşıyıcıları olarak elektronlu N tipi malzeme artık yüklü plakalar olarak işlev görür. Bu nedenle, diyot, N- ve P-tipi zıt yüklü plakalara sahip bir kapasitör olarak düşünülebilir ve tükenme bölgesi, dielektrik görevi görür. Bildiğimiz gibi, yarı iletken olan P ve N malzemeleri, bir tükenme bölgesi yalıtkanı ile ayrılır.

Ters önyargı altında kapasitans etkisine yanıt vermek üzere tasarlanmış diyotlara denir. varactors, varicap diodesveya voltage-variable capacitors.

Aşağıdaki şekil Varaktör diyotunun sembolünü göstermektedir.

Varaktör diyotları normalde ters önyargı durumunda çalıştırılır. Ters eğilim arttığında, tükenme bölgesinin genişliği de artar ve daha az kapasitans ile sonuçlanır. Bu, ters önyargı azaldığında, kapasitansta buna karşılık gelen bir artış görülebileceği anlamına gelir. Bu nedenle, diyot kapasitansı, ön gerilim ile ters orantılı olarak değişir. Genellikle bu doğrusal değildir. Sıfır ile ters arıza gerilimi arasında çalıştırılır.

Varaktör diyotunun kapasitansı şu şekilde ifade edilir:

$$ C_T = E \ frac {A} {W_d} $$

  • CT = Bağlantı noktasının toplam kapasitansı

  • E = Yarı iletken malzemenin geçirgenliği

  • A = Kavşağın kesit alanı

  • Wd = Tükenme katmanının genişliği

Bu diyotlar, mikrodalga uygulamalarında kullanılan değişkendir. Varaktör diyotları, bir miktar voltaj ayarlaması veya frekans kontrolünün gerekli olduğu rezonans devrelerinde de kullanılır. Bu diyot ayrıca FM radyo ve televizyon alıcılarında Otomatik Frekans Kontrolünde (AFC) kullanılır.

Bipolar transistörler, esas olarak, arka arkaya bağlanan zıt tipte iki yarı iletken malzeme katmanından oluşur. Silisyum veya germanyuma eklenen safsızlık türü, oluştuğu zaman polariteye karar verir.

NPN Transistör

Bir NPN transistörü, ince bir P tipi yarı iletken malzeme tabakası ile ayrılan iki N tipi malzemeden oluşur. NPN transistörün kristal yapısı ve şematik sembolü yukarıdaki şekilde gösterilmektedir.

Her bir malzeme türünden alınan üç ipucu vardır. emitter, base, ve collector. Sembolde, yayıcının ok ucu tabandan dışarıya doğru yönlendirildiğinde, cihazın NPN tipi olduğunu gösterir.

PNP Transistör

Bir PNP transistörü, ince bir N tipi yarı iletken malzeme tabakası ile ayrılan iki P tipi malzemeden oluşur. Bir PNP transistörünün kristal yapısı ve şematik sembolü aşağıda gösterilmiştir.

Sembolde, yayıcının ok ucu tabana doğru içeri doğru yönlendirildiğinde, cihazın PNP tipi olduğunu gösterir.

Aşağıda bir transistörün yapımında kullanılan bazı üretim teknikleri verilmiştir -

Difüzyon Tipi

Bu yöntemde, yarı iletken levhası, emitör ve toplayıcı bağlantılarını oluşturmak için hem N tipi hem de P tipi safsızlıkların bir miktar gazlı difüzyonuna tabi tutulur. İlk olarak, taban-kolektör bağlantısı belirlenir ve taban difüzyonundan hemen önce foto-aşındırılır. Daha sonra emitör tabanda yayılır. Bu teknikle üretilen transistörler daha iyi gürültü rakamına sahiptir ve akım kazancında iyileşme de görülmektedir.

Yetiştirilen Tip

Erimiş silikon veya germanyumdan tek bir kristal çekilerek oluşturulur. Kristal çekme işlemi sırasında gerekli safsızlık konsantrasyonu eklenir.

Epitaksiyel Tip

Çok yüksek saflıkta ve ince tek kristalli bir silikon veya germanyum tabakası, aynı tipte yoğun şekilde katkılı bir substrat üzerinde büyütülür. Kristalin bu geliştirilmiş versiyonu, üzerinde yayıcı ve taban bağlantılarının oluşturulduğu toplayıcıyı oluşturur.

Alaşım Tipi

Bu yöntemde taban bölümü ince bir dilim N tipi malzemeden yapılır. Dilimin zıt taraflarına iki küçük İndiyum noktası eklenir ve tüm oluşum daha kısa bir süre için yüksek bir sıcaklıkta tutulur. Sıcaklık, Indium'un erime sıcaklığının üzerinde ve Germanyumun altında olacaktır. Bu teknik aynı zamanda erimiş yapı olarak da bilinir.

Elektrokimyasal Olarak Kazınmış Tip

Bu yöntemde, bir yarı iletken gofretin zıt taraflarında, taban bölgesinin genişliğini azaltmak için girinti oyulur. Daha sonra emitör ve toplayıcı bağlantılarını oluşturmak için girinti alanına uygun bir metal elektroliz edilir.

Transistörlerin üç bölümü vardır: emitter, base, ve collector.

  • base yayıcıdan çok daha incedir ve toplayıcı, her ikisinden de nispeten daha geniştir.

  • emitter akım iletimi için çok sayıda yük taşıyıcı enjekte edebilecek şekilde yoğun şekilde katkılıdır.

  • Baz, yayıcı ve toplayıcıya göre nispeten hafif katkılı olduğundan, yük taşıyıcılarının çoğunu toplayıcıya geçirir.

Transistörün düzgün bir şekilde çalışması için, yayıcı-taban bölgesi ileriye doğru eğilimli olmalı ve kollektör-taban bölgesi ters-taraflı olmalıdır.

Yarı iletken devrelerde, kaynak voltajına öngerilim voltajı denir. Çalışması için, bipolar transistörlerin her iki bağlantıya da önyargılı olması gerekir. Bu durum devreden bir akım geçmesine neden olur. Cihazın tükenme bölgesi azaltılır ve çoğunluk akım taşıyıcıları bağlantı noktasına doğru enjekte edilir. Bir transistörün bağlantı noktalarından biri ileriye doğru, diğeri çalışırken ters yönde eğilimli olmalıdır.

NPN Transistörün Çalışması

Yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, emitörden taban bağlantısına ileri doğru eğimlidir ve toplayıcıdan taban bağlantısına ters eğimlidir. Vericinin taban bağlantısına olan ileri eğilim, elektronların N tipi yayıcıdan önyargıya doğru akmasına neden olur. Bu koşul, yayıcı akımı (I E ) formüle eder .

P tipi malzemeyi geçerken, elektronlar genellikle çok az sayıda olan deliklerle birleşmeye meyillidir ve temel akımı (I B ) oluşturur. Elektronların geri kalanı ince tükenme bölgesini geçer ve toplayıcı bölgeye ulaşır. Bu akım kollektör akımını (I C ) oluşturur.

Diğer bir deyişle, yayıcı akım aslında kollektör devresinden geçer. Bu nedenle emetör akımının taban ve kollektör akımının toplamı olduğu düşünülebilir. Şu şekilde ifade edilebilir:

Ben E = ben B + ben C

PNP Transistörün Çalışması

Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, emitörden taban bağlantısına ileri doğru eğimlidir ve toplayıcıdan taban bağlantısına ters eğimlidir. Verici üzerindeki taban bağlantısına ileri eğilim, deliklerin P tipi yayıcıdan önyargıya doğru akmasına neden olur. Bu koşul, yayıcı akımı (I E ) formüle eder .

N-tipi malzemeyi geçerken, elektronlar genellikle çok az sayıda olan elektronlarla birleşme eğilimindedir ve temel akımı (I B ) oluşturur. Deliklerin geri kalanı ince tükenme bölgesini geçerek toplayıcı bölgeye ulaşır. Bu akım kollektör akımını (I C ) oluşturur.

Diğer bir deyişle, yayıcı akım aslında kollektör devresinden geçer. Bu nedenle emetör akımının taban ve kollektör akımının toplamı olduğu düşünülebilir. Şu şekilde ifade edilebilir:

Ben E = ben B + ben C

Bir devreye bir transistör bağlandığında, ikisi giriş ve çıkış için olmak üzere dört terminal veya kablo veya bacak gereklidir. Transistörlerin sadece 3 terminale sahip olduğunu bildiğimiz gibi, bu durum hem giriş hem de çıkış bölümü için terminallerden birini ortak hale getirerek aşılabilir. Buna göre, bir transistör aşağıdaki gibi üç konfigürasyonda bağlanabilir -

  • Ortak Temel Yapılandırma
  • Ortak Verici Yapılandırması
  • Ortak Toplayıcı Yapılandırması

Aşağıda, transistör çalışması hakkında dikkat edilmesi gereken bazı önemli noktalar verilmiştir.

  • Bir transistör, aktif, doygunluk ve kesme bölgesi olmak üzere üç bölgede çalıştırılabilir.

  • Aktif bölgede kullanıldığında bir transistör, baz yayıcı bağlantısı ileri eğimlidir ve kolektör-taban bağlantısı ters eğimlidir.

  • Doyma bölgesinde kullanıldığında bir transistör, baz-yayıcı bağlantısı ileri doğru eğimlidir ve kolektör-taban bağlantısı da ileriye dönüktür.

  • Kesme bölgesinde kullanıldığında bir transistör, hem taban yayıcı bağlantısı hem de toplayıcı-taban bağlantısı ters eğimlidir.

Transistör Yapılandırmasının Karşılaştırması

Aşağıdaki tablo, transistör konfigürasyonunun karşılaştırmasını göstermektedir.

Özellikler Ortak Verici Ortak Taban Ortak Toplayıcı
Şu anki kazanç Yüksek Hayır Önemli
Uygulamalar Ses frekansı Yüksek frekans Empedans eşleştirme
Giriş Direnci Düşük Düşük Çok yüksek
Çıkış Direnci Yüksek Çok yüksek Düşük
Gerilim Kazancı Yaklaşık. 500 Yaklaşık. 150 1'den az

Transistörlerin Avantaj ve Dezavantajları

Aşağıdaki tablo, transistörlerin avantaj ve dezavantajlarını listelemektedir.

Avantajlar Dezavantajları
Düşük kaynak voltajı Sıcaklık bağımlılığı
Yüksek voltaj kazancı Daha düşük güç dağılımı
Boyut olarak daha küçük Düşük giriş empedansı

Akım Yükseltme Faktörü (α)

Kollektör akımındaki değişimin sabit kollektördeki emitör akımındaki değişime oranı baz voltajına oranı Vcb akım yükseltme faktörü olarak bilinir ‘α’. Olarak ifade edilebilir

$ \ a = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} Sabit V de $ CB

Akım yükseltme faktörünün birlikten daha az olduğu ve tabanın hafif katkılı ve ince olduğu düşünülen temel akımla ters orantılı olduğu açıktır.

Baz Akım Yükseltme Faktörü (β)

Kollektör akımındaki değişimin taban akımındaki değişime oranıdır. Baz akımdaki küçük bir değişiklik, kolektör akımında çok büyük bir değişikliğe neden olur. Bu nedenle, transistör mevcut kazanç elde edebilir. Olarak ifade edilebilir

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$

Amplifikatör Olarak Transistör

Aşağıdaki şekil, bir yük direncinin (R L ) kolektör besleme voltajı (V cc ) ile seri olduğunu göstermektedir . Küçük bir voltaj değişimiΔVi yayıcı ve taban arasında nispeten büyük bir yayıcı akım değişikliğine neden olur ΔIE.

Toplanan ve içinden geçen bu mevcut değişimin fraksiyonu olan 'a' sembolü ile tanımlarız. RL. Yük direnci boyunca çıkış voltajındaki değişiklikΔVo = a’RL ΔIEgiriş gerilimi ΔV içinde birçok kez değişiklik olabilir I . Bu koşullar altında, voltaj yükseltmesiA == VO/ΔVI birlikten daha büyük olacaktır ve transistör bir amplifikatör görevi görür.

Alan Etkili Transistör (FET), üç terminalli yarı iletken bir cihazdır. Çalışması, kontrollü bir giriş voltajına dayanmaktadır. Görünüşe göre JFET ve bipolar transistörler çok benzer. Ancak, BJT akım kontrollü bir cihazdır ve JFET giriş voltajı ile kontrol edilir. En yaygın olarak iki tür FET mevcuttur.

  • Bağlantı Alan Etkili Transistör (JFET)
  • Metal Oksit Yarı İletken FET (IGFET)

Bağlantı Alan Etkili Transistör

Kavşak Alan Etkili Transistörün işleyişi, yalnızca çoğunluk taşıyıcıların (elektronlar veya delikler) akışına bağlıdır. Temel olarak, JFET'ler birN yazın veya Pyanlarda PN eklemleri içeren silikon çubuk tipi. FET hakkında hatırlanması gereken bazı önemli noktalar aşağıdadır -

  • Gate- Difüzyon veya alaşımlama tekniği kullanılarak, N tipi çubuğun her iki tarafı da PN eklemi oluşturmak için yoğun bir şekilde katkılanır. Bu katkılı bölgelere geçit (G) denir.

  • Source - Yarı iletken çubuğa girdikleri çoğunluk taşıyıcıların giriş noktasıdır.

  • Drain - Yarı iletken çubuğunu terk ettikleri çoğunluk taşıyıcıların çıkış noktasıdır.

  • Channel - Çoğunluk taşıyıcılarının kaynaktan drenaja geçtiği N tipi malzemenin bulunduğu alandır.

Sahada yarı iletken cihazlarda yaygın olarak kullanılan iki tür JFET vardır: N-Channel JFET ve P-Channel JFET.

N-Kanal JFET

P tipi alt tabaka üzerinde oluşturulmuş ince bir N tipi malzeme tabakasına sahiptir. Aşağıdaki şekil, bir N-kanal JFET'in kristal yapısını ve şematik sembolünü göstermektedir. Daha sonra P tipi malzeme ile N kanalın üstüne kapı oluşturulur. Kanalın ve geçidin sonuna kurşun teller takılır ve alt tabakanın bağlantısı yoktur.

Bir DC voltaj kaynağı kaynağa ve bir JFET'in boşaltma uçlarına bağlandığında, kanaldan maksimum akım geçecektir. Kaynaktan ve boşaltma terminallerinden aynı miktarda akım geçecektir. Kanal akım akış miktarı V değeri ile belirlenecektir DD ve kanalın iç direnç.

Bir JFET'in tipik bir kaynak boşaltma direnci değeri, birkaç yüz ohm'dur. Kapı açık olduğunda bile kanalda tam akım iletiminin gerçekleşeceği açıktır. Esasen, ID'de uygulanan ön gerilim miktarı, bir JFET'in kanalından geçen akım taşıyıcılarının akışını kontrol eder. Kapı voltajında ​​küçük bir değişiklikle, JFET tam iletim ve kesme durumu arasında herhangi bir yerde kontrol edilebilir.

P-Kanal JFET'ler

N tipi alt tabaka üzerinde oluşturulmuş ince bir P tipi malzeme tabakasına sahiptir. Aşağıdaki şekil, bir N-kanal JFET'in kristal yapısını ve şematik sembolünü göstermektedir. Kapak, N tipi malzeme ile P kanalının üstünde oluşturulur. Kanalın ve geçidin sonuna kurşun teller eklenir. İnşaat detaylarının geri kalanı N-kanal JFET'inkine benzer.

Normalde genel işlem için, kapı terminali kaynak terminale göre pozitif yapılır. PN bağlantı tükenme katmanının boyutu, ters eğimli kapı voltajı değerlerindeki dalgalanmalara bağlıdır. Kapı voltajında ​​küçük bir değişiklikle, JFET tam iletim ve kesme durumu arasında herhangi bir yerde kontrol edilebilir.

JFET'in Çıktı Özellikleri

JFET'in çıkış özellikleri , aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi sabit kapı kaynak voltajında ​​(V GS ) boşaltma akımı (I D ) ve boşaltma kaynağı voltajı (V DS ) arasında çizilir .

Başlangıçta, boşaltma akımı (I D ) boşaltma kaynağı voltajıyla (V DS ) hızla yükselir ancak aniden sıkıştırma voltajı (V P ) olarak bilinen bir voltajda sabit hale gelir . Kıstırma voltajının üzerinde, kanal genişliği o kadar dar olur ki, çok küçük boşaltma akımının içinden geçmesine izin verir. Bu nedenle, boşaltma akımı (I D ) sıkıştırma geriliminin üzerinde sabit kalır.

JFET Parametreleri

JFET'in ana parametreleri -

  • AC tahliye direnci (Rd)
  • Transconductance
  • Amplifikasyon faktörü

AC drain resistance (Rd)- Sabit geçit kaynağı voltajındaki boşaltma kaynağı voltajındaki (ΔV DS ) değişimin boşaltma akımındaki (ΔI D ) değişime oranıdır . Şu şekilde ifade edilebilir:

R, D = (ΔV DS ) / (Ai D sabit V'da) GS

Transconductance (gfs)- Sabit drenaj kaynağı voltajında boşaltma akımındaki (ΔI D ) değişimin kapı kaynak voltajındaki (ΔV GS ) değişime oranıdır . Şu şekilde ifade edilebilir:

g fs = (ΔI D ) / (ΔV GS ) sabit V DS'de

Amplification Factor (u)- Drenaj kaynağı voltajındaki (ΔV DS ) değişimin kapı kaynak voltajındaki (ΔV GS ) sabit boşaltma akımındaki (ΔI D ) değişime oranıdır . Şu şekilde ifade edilebilir:

u = (ΔV DS ) / (ΔV GS ) sabit I D'de

JFET'e önyargılı olmak için kullanılan iki yöntem vardır: Kendinden Önyargı Yöntemi ve Potansiyel Bölme Yöntemi. Bu bölümde, bu iki yöntemi ayrıntılı olarak tartışacağız.

Öz Önyargı Yöntemi

Aşağıdaki şekil, n-kanal JFET'in kendi kendine önyargı yöntemini göstermektedir. Boşaltma akımı içinden akarRsve gerekli ön gerilimini üretir. Bu nedenle,Rs önyargı direnci.

Bu nedenle, öngerilim direnci boyunca voltaj,

$$ V_s = I_ {DRS} $$

Bildiğimiz gibi, kapı akımı ihmal edilebilir derecede küçüktür, kapı terminali DC toprakta, V G = 0,

$$ V_ {GS} = V_G - V_s = 0 - I_ {DRS} $$

Veya $ V_ {GS} = -I_ {DRS} $

V GS , geçidi kaynağa göre negatif tutar.

Gerilim Bölücü Yöntemi

Aşağıdaki şekil, JFET'lerin gerilim bölücü yöntemini göstermektedir. Burada, R direnci 1 ve R 2 bir şekilde tahliye besleme geriliminin (V boyunca bir voltaj bölücü devre DD ) ve daha fazla ya da daha az özdeş transistör polarizasyon kullanılan bir etmektir.

R 2 üzerindeki voltaj gerekli önyargıyı sağlar -

$$ V_2 = V_G = \ frac {V_ {DD}} {R_1 + R_2} \ times R_2 $$

$ = V_2 + V_ {GS} + I_D + R_S $

Veya $ V_ {GS} = V_2 - I_ {DRS} $

Devre, V GS her zaman negatif olacak şekilde tasarlanmıştır . Çalışma noktası aşağıdaki formül kullanılarak bulunabilir -

$$ I_D = \ frac {V_2 - V_ {GS}} {R_S} $$

ve $ V_ {DS} = V_ {DD} - I_D (R_D + R_S) $

Metal-oxide semiconductor field-effect transistorsMOSFET'ler olarak da bilinen, daha büyük öneme sahiptir ve FET ailesine yeni bir eklemedir.

İçerisine yüksek oranda katkılı iki N tipi bölgenin yayıldığı hafif katkılı P tipi bir alt tabakaya sahiptir. Bu cihazın benzersiz bir özelliği, kapı yapısıdır. Burada kapı kanaldan tamamen izole edilmiştir. Geçide voltaj uygulandığında, elektrostatik bir yük oluşturacaktır.

Bu noktada, cihazın geçit bölgesinde hiçbir akımın akmasına izin verilmez. Ayrıca kapı, cihazın metal ile kaplı bir alanıdır. Genellikle kapak ile kanal arasında yalıtım malzemesi olarak silikon dioksit kullanılır. Bu nedenle şu adla da bilinir:insulated gate FET. Yaygın olarak kullanılan iki MOSFET vardır i) Tükenme MOSFETi ii) Geliştirme MOSFET'i.

D MOSFET

Aşağıdaki şekiller n-kanal D-MOSFET'i ve sembolünü göstermektedir. Kapı, tek plaka olarak kapılı bir kondansatör oluşturur ve diğer plaka, dielektrik olarak SiO 2 tabakalı kanaldır . Kapı voltajı değiştiğinde, kondansatörün elektrik alanı değişir ve bu da n kanalının direncini değiştirir.

Bu durumda, geçide pozitif veya negatif voltaj uygulayabiliriz. MOSFET, negatif geçit voltajı ile çalıştırıldığında, tükenme modu olarak adlandırılır ve pozitif kapı voltajı ile çalıştırıldığında, MOSFET'in çalışma geliştirme modu olarak adlandırılır.

Tükenme Modu

Aşağıdaki şekil, tükenme çalışma modunda n-kanallı bir D-MOSFET'i göstermektedir.

İşlemi aşağıdaki gibidir -

  • Kapı negatif olduğundan ve elektronları ittiği için çoğu elektron kapıda bulunur. n kanal.

  • Bu eylem, kanalın bir bölümünde pozitif iyonlar bırakır. Başka bir deyişle, bazı serbest elektronlarnkanal tükendi. Sonuç olarak, akım iletimi için daha az sayıda elektron mevcuttur.n kanal.

  • Kapıdaki negatif voltaj ne kadar büyükse, kaynaktan drenaja giden akım o kadar azdır. Böylelikle kapı üzerindeki negatif voltajı değiştirerek n kanalının direncini ve kaynaktan drenaja giden akımı değiştirebiliriz.

Geliştirme Modu

Aşağıdaki şekil, geliştirme çalışma modu altında n kanal D MOSFET'i göstermektedir. Burada kapı bir kondansatör görevi görür. Ancak bu durumda geçit pozitiftir. Elektronları kışkırtırn kanal ve elektron sayısı artar n kanal.

Pozitif bir geçit voltajı, kanalın iletkenliğini artırır veya artırır. Kapıdaki pozitif voltaj ne kadar büyükse, kaynaktan drenaja iletim o kadar büyük olur.

Böylelikle kapı üzerindeki pozitif voltajı değiştirerek n kanalının direncini ve kaynaktan drenaja giden akımı değiştirebiliriz.

D - MOSFET'in Transfer Karakteristikleri

Aşağıdaki şekil D-MOSFET'in transfer özelliklerini göstermektedir.

V GS negatif gittiğinde, I D , sıfıra ulaşana ve V GS = V GS (kapalı) (Tükenme modu) olana kadar I DSS değerinin altına düşer . V GS sıfır olduğunda, I D = I DSS çünkü kapı ve kaynak terminalleri kısa devre yapmıştır. V GS pozitif olduğunda ve MOSFET geliştirme modunda olduğunda I D , I DSS değerinin üzerine çıkar .

İşlemsel bir amplifikatör veya op-amp, yüksek giriş empedansına ve düşük çıkış empedansına sahip çok yüksek kazançlı bir diferansiyel amplifikatördür. İşlemsel amplifikatörler tipik olarak voltaj genliği değişiklikleri, osilatörler, filtre devreleri, vb. Sağlamak için kullanılır. Bir op-amp, çok yüksek bir voltaj kazancı elde etmek için bir dizi diferansiyel amplifikatör aşaması içerebilir.

Bu, çıkış ve giriş arasında doğrudan bağlantı kullanan yüksek kazançlı bir diferansiyel amplifikatördür. Bu, hem DC hem de AC işlemleri için uygundur. İşlemsel kuvvetlendiriciler, çeşitli matematiksel işlemlerin yanı sıra enstrümantasyon cihazları, sinyal üreteçleri, aktif filtreler vb. Gibi çok sayıda elektronik işlevi yerine getirir. Bu çok yönlü cihaz, aynı zamanda, voltaj karşılaştırıcılar, Analogdan dijitale dönüştürücüler ve Dijitalden Analoğa dönüştürücüler, Logaritmik amplifikatörler, doğrusal olmayan fonksiyon üreteçleri vb.

Temel Diferansiyel Amplifikatör

Aşağıdaki çizim temel bir diferansiyel amplifikatörü göstermektedir -

Yukarıdaki şekilde -

  • VDI = diferansiyel giriş

  • VDI= V 1 - V 2

  • VDO = diferansiyel çıktı

  • VDO= V C1 - V C2

Bu amplifikatör, iki giriş sinyali V 1 ve V 2 arasındaki farkı güçlendirir .

Diferansiyel gerilim kazancı,

$$ A_d = \ frac {V_ {DO}} {V_ {DI}} $$

ve

$$ A_d = \ frac {(V_ {C1} - V_ {C2})} {V_ {DI}} $$

Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, temel işlemsel amplifikatör üç aşamadan oluşur -

Giriş Aşaması

Bu ilk aşamadır ve aşağıdaki özelliklere sahiptir.

  • Yüksek CMR (Ortak Mod Reddi)
  • Yüksek giriş empedansı
  • Geniş bant genişliği
  • Düşük (DC) giriş ofseti

Bunlar, işlemsel yükselticinin performansı için bazı önemli özelliklerdir. Bu aşama bir diferansiyel amplifikatör aşamasından oluşur ve bir transistör, sabit bir akım kaynağı olarak işlev görmesi için önyargılıdır. Sabit akım kaynağı, diferansiyel amplifikatörün CMR'sini büyük ölçüde artırır.

Aşağıda diferansiyel amplifikatöre iki giriş verilmiştir -

  • V 1 = Ters çevirmeyen giriş
  • V 2 = Ters giriş

Orta aşama

Bu ikinci aşamadır ve daha iyi voltaj ve akım kazançları elde etmek için tasarlanmıştır. Akım kazancı, operasyonel amplifikatör gücünün çoğunun üretildiği çıkış aşamasını sürmek için yeterli akımı sağlamak için gereklidir. Bu aşama, bir veya daha fazla diferansiyel amplifikatörün ardından bir verici takipçisi ve bir DC seviye kaydırma aşamasından oluşur. Seviye kaydırma devresi, bir amplifikatörün tek bir çıkışla iki diferansiyel girişe sahip olmasını sağlar.

V çıkışı = + ve V 1 > V 2 olduğunda
V çıkışı = -ve V 2 <V 1 olduğunda
V çıkışı = 0 V 1 = V 2 olduğunda

Çıkış Aşaması

Bu, op-amp'in son aşamasıdır ve düşük çıkış empedansına sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu, yükü sürmek için gerekli akımı sağlar. Yük değiştikçe ve değiştikçe çıkış aşamasından az ya da çok akım çekilecektir. Bu nedenle, önceki aşamanın çıkış yükünden etkilenmeden çalışması önemlidir. Bu gereksinim, bu aşamanın yüksek giriş empedansına ve yüksek akım kazancına sahip ancak düşük çıkış empedanslı olacak şekilde tasarlanmasıyla karşılanır.

İşlemsel yükselticinin iki girişi vardır: Non-inverting input ve Inverting input.

Yukarıdaki şekil, işlemsel amplifikatörün ters çevirme tipini göstermektedir. Ters çevirme giriş terminalinde uygulanan bir sinyal yükseltilir, ancak çıkış sinyali giriş sinyali ile 180 derece faz dışıdır. Ters çevirmeyen giriş terminaline uygulanan bir sinyal güçlendirilir ve çıkış sinyali giriş sinyali ile aynı fazdadır.

Op-amp, çeşitli çalışma özellikleri sağlamak için çok sayıda devreye bağlanabilir.

Ters Amplifikatör

Aşağıdaki şekil bir ters çeviren amplifikatörü göstermektedir. Giriş sinyali güçlendirilir ve ters çevrilir. Bu, en yaygın olarak kullanılan sabit kazançlı amplifikatör devresidir.

V o = -R f .V in / R 1

Gerilim kazancı A = (-R f / R 1 )

Ters Çevirmeyen Amplifikatör

Aşağıdaki şekil, ters çevirmeyen bir amplifikatör veya sabit kazanç çarpanı olarak çalışan ve daha iyi frekans kararlılığına sahip bir op-amp devresini göstermektedir.

Giriş sinyali güçlendirilir ancak tersine çevrilmez.

Çıkış V o = [(R 1 + R f ) / R 1 ] V 1

Gerilim kazancı A = (R 1 + R f ) / R 1

Ters Toplama Amplifikatörü

Aşağıdaki şekil, tersine çeviren bir toplama kuvvetlendiricisini göstermektedir. Op-amp'in en çok kullanılan devresidir. Devre, her biri sabit kazanç faktörü ile çarpılan üç voltajı cebirsel olarak toplamanın bir yolunu sağlayan üç girişli bir toplama yükselticisini gösterir. Çıkış voltajı şu şekilde ifade edilir:

V o = [(-R 4 / R 1 ) V 1 ] [(- R 4 / R 2 ) V 2 ] [(- R 4 / R 3 ) V 3 ]

V o = -R 4 (V 1 / R 1 + V 2 / R 2 + V 3 / R 3 )

Eğer, R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = R & R s = R / 3

V o = - (V 1 + V 2 + V 3 )

Aşağıdaki şekil, kullanılan geri besleme bileşeninin bir kapasitör olduğunu ve ortaya çıkan bağlantının bir entegratör olarak adlandırıldığını göstermektedir.

Sanal zemin eşdeğeri, giriş ve çıkış arasındaki voltaj için bir ifadenin, girişten çıkışa akım (I) cinsinden türetilebileceğini gösterir. Sanal toprağın, R ve X C birleşimindeki voltajı toprak olarak kabul edebileceğimiz anlamına geldiğini hatırlayın (V i ≈ 0 V'den beri ), ancak bu noktada toprağa hiçbir akım girmiyor. Kapasitif empedans şu şekilde ifade edilebilir:

$$ X_C = \ frac {1} {jwC} = \ frac {1} {sC} $$

Nerede s= jw Laplace gösteriminde olduğu gibi. $ V_o / V_i $ için denklem çözme aşağıdaki denklemi verir

$$ I = \ frac {V_1} {R_1} = \ frac {-V_0} {X_c} = \ frac {- \ frac {V_0} {I}} {sC} = \ frac {V_0} {V_1} $$

$$ \ frac {V_0} {V_1} = \ frac {-1} {sCR_1} $$

Zaman alanında şu şekilde yazılabilir:

$$ V_o (t) = - \ frac {1} {RC} \ int V_1 (t) dt $$

Aşağıdaki şekilde bir farklılaştırıcı devresi gösterilmektedir.

Farklılaştırıcı yararlı bir işlem sağlar, devre için sonuçta ortaya çıkan ilişki

V o (t) = RC (dv1 (t) / dt

Aşağıda, Operasyonel amplifikatörün bazı önemli parametreleri verilmiştir -

Açık Döngü Gerilim Kazancı (AVOL)

Bir işlemsel yükselticinin açık döngü voltaj kazancı, negatif geri beslemenin kullanılmadığı koşullar altındaki diferansiyel kazancıdır. AVOL, 74 db ile 100 db arasında değişir.

AVOL = [V o / (V 1 - V 2 )]

Çıkış Ofset Gerilimi (VOO)

İşlemsel bir yükselticinin çıkış ofset voltajı, diferansiyel giriş voltajı sıfır olduğunda çıkış voltajıdır.

Ortak Mod Reddi (CMR)

Her iki giriş de aynı potansiyelde ise, diferansiyel giriş sıfıra neden oluyorsa ve çıkış sıfırsa, işlemsel yükselticinin iyi bir ortak mod reddine sahip olduğu söylenir.

Ortak Mod Kazancı (AC)

İşlemsel bir amplifikatörün ortak mod kazancı, ortak mod çıkış voltajının ortak mod giriş voltajına oranıdır.

Diferansiyel Kazanç (AD)

Bir işlemsel yükselticinin diferansiyel kazancı, çıkışın diferansiyel girişe oranıdır.

Reklam = [V o / (V 1 ) - V 2 ]

Ortak Mod Reddetme Oranı (CMRR)

Bir işlemsel yükselticinin CMRR'si, kapalı döngü diferansiyel kazancının ortak mod kazancına oranı olarak tanımlanır.

CMRR = Reklam / AC

Dönüş Hızı (SR)

Dönüş hızı, bir adım giriş voltajının neden olduğu çıkış voltajı değişim oranıdır. İdeal bir dönüş hızı sonsuzdur, bu da işlemsel amplifikatör çıkışının bir giriş adım voltajına yanıt olarak anında değişmesi gerektiği anlamına gelir.

Farklılaştırıcı, entegratör, toplama kuvvetlendirici, vb. Gibi bazı op-amp uygulamalarını zaten tartıştık. İşlemsel yükselteçlerin diğer bazı yaygın uygulamaları şunlardır:

  • Logaritmik amplifikatör
  • Gyrator (Endüktans simülatörü)
  • DC ve AC voltaj takipçisi
  • Analogtan dijitale dönüştürücü
  • Dijital-Analog dönüştürücü
  • Aşırı voltaj koruması için güç kaynakları
  • Polarite göstergesi
  • Gerilim takipçisi
  • Aktif filtreler

Bir osilatör, olarak bilinen sinüzoidal salınımlar üreten elektronik bir devredir. sinusoidal oscillator. Bir DC kaynağından gelen giriş enerjisini, belirli bir frekansta ve bilinen genlikte periyodik dalga biçimindeki AC çıkış enerjisine dönüştürür. Osilatörün karakteristik özelliği, AC çıkışını sürdürmesidir.

Aşağıdaki şekil, harici olarak uygulanan bir giriş sinyalinin yokluğunda bile geri bildirim sinyaline sahip bir amplifikatörü göstermektedir. Sinüzoidal bir osilatör, esasen voltaj kazancına özel gereksinimlerin getirildiği bir geri besleme amplifikatörü biçimidir.Av ve geri bildirim ağları β.

Yukarıdaki şekildeki geri besleme amplifikatörünü düşünün, burada geri besleme voltajı V f = βV O tüm giriş voltajını sağlar

$ V_i = V_f = \ beta V_0 = A_V \ beta V_i $ (1)

$ V_i = A_V \ beta V_i $ Veya $ (1 - A_V \ beta) V_i = 0 $ (2)

Bir çıkış voltajı üretilecekse, giriş voltajı sıfır olamaz. Dolayısıyla, V i'nin var olması için Denklem (2) şunu gerektirir:

$ (1 - A_V \ beta) = 0 $ Veya $ A_V \ beta = 1 $ (3)

Denklem (3) olarak bilinir “Barkhausen criterion”, salınım için iki temel gereksinimi belirtir -

  • Döngü kazancı olarak adlandırılan amplifikatör ve geri besleme döngüsü etrafındaki voltaj kazancı, birlik veya $ A_V \ beta = 1 $ olmalıdır.

  • Döngü faz kayması olarak adlandırılan $ V_i $ ile $ V_f $ arasındaki faz kayması sıfır olmalıdır.

Bu iki koşul karşılanırsa, yukarıdaki şeklin geri besleme amplifikatörü, tutarlı bir şekilde sinüzoidal bir çıkış dalga formu oluşturacaktır.

Şimdi bazı tipik osilatör devreleri hakkında ayrıntılı olarak tartışalım.

Faz Kaydırma Osilatörü

Bir geri besleme devresinin temel ilerlemesini izleyen bir osilatör devresi, faz kaydırmalı osilatördür. Aşağıdaki şekilde bir faz kaydırmalı osilatör gösterilmektedir. Salınım için gereklilikler, döngü kazancının (βA) birlikten büyük olması ve giriş ile çıkış arasındaki faz kaymasının 360o olmasıdır .

Geri bildirim, RC ağının çıkışından amplifikatör girişine geri gönderilir. Op-amp amplifikatör aşaması, ilk 180 derecelik bir kayma sağlar ve RC ağı, ek bir miktarda faz kayması sunar. Belirli bir frekansta, ağ tarafından sağlanan faz kayması tam olarak 180 derecedir, bu nedenle döngü 360 derece ve geri besleme voltajı faz giriş voltajındadır.

Geri besleme ağındaki minimum RC aşaması sayısı üçtür, çünkü her bölüm 60 derecelik faz kayması sağlar. RC osilatörü, birkaç döngüden yaklaşık 100 KHz'e kadar ses frekansları aralığına ideal olarak uygundur. Daha yüksek frekanslarda, ağ empedansı o kadar düşük olur ki, amplifikatörü ciddi şekilde yükleyebilir, böylece voltaj kazancını gerekli minimum değerin altına düşürür ve salınımlar durur.

Düşük frekanslarda, yükleme etkisi genellikle bir sorun değildir ve gerekli büyük direnç ve kapasitans değerleri kolayca elde edilebilir. Temel ağ analizi kullanılarak frekans salınımı şu şekilde ifade edilebilir:

$$ f = \ frac {1} {2 \ pi RC \ sqrt {6}} $$

Wien Köprü Osilatörü

Pratik bir osilatör devresi, osilatör frekansı tarafından ayarlanan bir op-amp ve RC köprü devresi kullanır. R ve Cbileşenleri. Aşağıdaki şekil bir Wien köprü osilatör devresinin temel bir versiyonunu göstermektedir.

Temel köprü bağlantısına dikkat edin. Dirençler R 1 ve R 2 ve kondansatörler Cı 1 ve C 2 bir şekilde frekans ayarlama elemanları, dirençler R ise 3 ve R 4 geri besleme yolunun bir parçasını oluşturur.

Bu uygulamada, köprüye giriş voltajı (V i ) amplifikatör çıkış voltajıdır ve köprünün çıkış voltajı (V o ) amplifikatör girişine geri beslemedir. Op-amp giriş ve çıkış empedanslarının yükleme etkilerini ihmal ederek, köprü devresinin analizi ile sonuçlanır.

$$ \ frac {R_3} {R_4} = \ frac {R_1} {R_2} + \ frac {C_2} {C_1} $$

ve

$$ f = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {R_1C_1R_2C_2}} $$

R 1 = R 2 = R ve C 1 = C 2 = C ise, ortaya çıkan osilatör frekansı

$$ f_o = \ frac {1} {2 \ pi RC} $$

Hartley Osilatör

Aşağıdaki şekil Hartley osilatörünü göstermektedir. En yaygın RF devrelerinden biridir. Normalde bir iletişim yayını alıcısında yerel osilatör olarak kullanılır. Ortak yayıcı bağlantısındaki iki kutuplu bağlantı transistörü, voltaj yükselticidir ve R 1 , R 2 , R E'den oluşan evrensel bir öngerilim devresi tarafından önyargılıdır . Verici baypas kapasitörü (C E ), bu tek transistör aşamasının voltaj kazancını artırır.

Kolektör devresindeki Radyo Frekansı Şok Bobini (RFC), RF frekansında açık devre görevi görür ve RF enerjisinin güç kaynağına girmesini engeller. Tank devresi L 1 , L 2 ve C'den oluşur. Salınımların frekansı L 1 , L 2 ve C değerleriyle belirlenir ve LC tank devresinin rezonans frekansındaki salınımlar tarafından belirlenir. Bu rezonans frekansı şu şekilde ifade edilir:

$$ f_o = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {L_TC}} $$

Çıkış sinyali, yükün büyük olması ve salınım frekansının etkilenmemesi şartıyla, kapasitif kuplaj ile kollektörden alınabilir.

Piezoelektrik

Piezoelektrik özellikler, en önemlileri kuvars, Rochelle tuzu ve turmalin olan bir dizi doğal kristal madde tarafından sergilenmektedir. Bu malzemelere sinüzoidal bir voltaj uygulandığında, uygulanan voltaj frekansında titreşirler.

Öte yandan, bu malzemeler sıkıştırılıp titreşmek için mekanik zorlanma altına alındığında, eşdeğer bir sinüzoidal voltaj üretirler. Bu nedenle bu malzemelere piezoelektrik kristal adı verilir. Kuvars, en popüler piezoelektrik kristaldir.

Kristal Osilatör

Kristal osilatörün devre şeması aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Buradaki kristal, ayarlanmış bir devre görevi görür. Bir kristalin eşdeğer devresi aşağıda verilmiştir.

Bir kristal osilatörün iki rezonans frekansı vardır: Seri Rezonans Frekansı ve Paralel Rezonans Frekansı.

Seri Rezonans Frekansı

$$ f_s = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$

Paralel Rezonans Frekansı

$$ f_p = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC_T}} $$

C / Cm çok küçük olduğu için iki rezonans frekansı hemen hemen aynıdır. Yukarıdaki şekilde, kristal paralel rezonans modunda çalışmak üzere bağlanmıştır.

Dirençleri R 1 R, 2 R D , ve transistör birlikte bir amplifikatör devresi oluşturur. Dirençler R 1 ve R 2 , voltaj stabilize bir DC öngerilimi sağlar. Kapasitör (C E ), emitör direncinin (R E ) AC baypasını sağlar ve RFC, osilatör tarafından üretilen frekansa yüksek empedans sağlar, böylece güç hatlarına girmezler.

Kristal kondansatörü C'nin paralel olan 1 ve C 2 ve empedans maksimum olduğunda, emitör için toplayıcı maksimum gerilim geri verir. Diğer frekanslarda, kristal empedansı düşüktür ve bu nedenle ortaya çıkan geri besleme, salınımları sürdürmek için çok küçüktür. Osilatör frekansı, kristalin paralel rezonans frekansında stabilize edilir.

Öngerilim ağının temel amacı, devrenin çalışma noktasında toplayıcı-taban-yayıcı gerilimi ve akım ilişkileri kurmaktır (çalışma noktası aynı zamanda durgun nokta, Q noktası, sinyal yok noktası, boşta noktası olarak da bilinir, veya statik nokta). Transistörler nadiren bu Q noktasında çalıştığından, temel önyargı ağları genellikle tasarım için bir referans veya başlangıç ​​noktası olarak kullanılır.

Gerçek devre konfigürasyonu ve özellikle öngerilim ağı değerleri, dinamik devre koşulları temelinde seçilir (istenen çıkış voltajı dalgalanması, beklenen giriş sinyali seviyesi, vb.) İstenilen çalışma noktası oluşturulduktan sonra, öngerilim ağının sonraki işlevi bu noktada amplifikatör devresini stabilize etmek için. Temel öngerilim ağı, sıcaklık ve güç kaynağı değişiklikleri ve olası transistör değişimi varlığında istenen akım ilişkilerini korumalıdır.

Bazı durumlarda, bileşenin neden olduğu frekans değişiklikleri ve değişikliklerin yine önyargı ağı tarafından dengelenmesi gerekir. Bu süreç genellikle önyargı stabilizasyonu olarak adlandırılır. Uygun öngerilim stabilizasyonu, amplifikatör devresini istenen çalışma noktasında (pratik sınırlar dahilinde) koruyacak ve termal kaçağı önleyecektir.

Kararlılık Faktörü 'S'

Β ve V BE'yi sabit tutarak kollektör akımının ters doygunluk akımına göre değişim oranı olarak tanımlanır . Olarak ifade edilir

$$ S = \ frac {\ mathrm {d} I_c} {\ mathrm {d} I_c} $$

Önyargı Stabilizasyon Yöntemleri

Çalışma noktasını sıcaklık değişimlerinden veya transistörlerin parametrelerindeki değişimlerden bağımsız hale getirme yöntemi olarak bilinir. stabilization. Katı hal amplifikatörlerinin önyargı stabilizasyonunu sağlamak için birkaç şema vardır. Tüm bu planlar, bir tür olumsuz geri bildirim içerir. Bu, transistör akımlarındaki herhangi bir aşama, ilk değişikliği dengeleme eğiliminde olan karşılık gelen bir voltaj veya akım değişikliği üretir.

Negatif geri besleme, ters voltaj geri beslemesi ve ters akım geri beslemesi oluşturmak için iki temel yöntem vardır.

Ters Gerilim Geri Beslemesi

Aşağıdaki şekil, temel ters voltaj öngerilim ağını göstermektedir. Yayıcı-taban bağlantısı, R 1 ve R 2 birleşimindeki voltaj tarafından ileri doğru meyillidir . Taban-kolektör bağlantısı, kollektördeki ve tabandaki voltajlar arasındaki farkla ters yönlüdür.

Normal olarak, bir direnç bağlanmış yükselticinin toplayıcı bir yarısı bir voltajda olduğu besleme Direnç (R 3 toplayıcı ve taban arasında bağlı). Kollektör voltajı pozitif olduğu için, bu voltajın bir kısmı, ileri sapmayı desteklemek için tabana geri bildirimdir.

The normal (or Q point) forward bias on the emitter–base junction is the result of all the voltages between the emitter and the base. As the collector current increases, a larger voltage drop is produced across RL. As a result, the voltage on the collector decreases, reducing the voltage feedback to the base through R3. This reduces the emitter–base forward bias, reducing the emitter current and lowering the collector current to its normal value. As there is an initial decrease in the collector current, an opposite action takes place, and the collector current is raised to its normal (Q point) value.

Bir amplifikatördeki herhangi bir negatif veya ters geri besleme biçimi, amplifiye edilen sinyal tarafından üretilenler bile tüm değişikliklere karşı çıkma eğilimindedir. Bu ters veya olumsuz geri bildirim, kazancı ve istenmeyen değişimi azaltma ve dengeleme eğilimindedir. Geri besleme yoluyla kazancı dengeleme ilkesi aşağı yukarı tüm amplifikatör türlerinde kullanılır.

Ters Akım Geri Bildirimi

Aşağıdaki şekil, bir NPN transistör kullanan farklı bir ters akım (yayıcı-geri besleme) öngerilim ağını göstermektedir. Akım geri beslemesi, katı hal amplifikatörlerinde voltaj geri beslemesinden daha yaygın olarak kullanılır. Bunun nedeni, transistörlerin voltajla çalışan cihazlar yerine esas olarak akımla çalışan cihazlar olmasıdır.

Herhangi bir öngerilim devresinde bir yayıcı-geri besleme direncinin kullanımı şu şekilde özetlenebilir: Temel akım, taban ile yayıcı arasındaki voltaj farkına bağlıdır. Diferansiyel voltaj düşürülürse, daha az temel akım akacaktır.

Fark arttığında bunun tersi geçerlidir. Kollektörden geçen tüm akım. Emitör direnci boyunca voltaj düşer ve bu nedenle tamamen bağımlı değildir. Kollektör akımı arttıkça, yayıcı akım ve yayıcı direnç boyunca voltaj düşüşü de artacaktır. Bu negatif geri besleme, taban ve verici arasındaki farkı azaltma eğilimindedir, böylece temel akımı düşürür. Buna karşılık, daha düşük taban akımı, kolektör akımını azaltma eğilimindedir ve ilk kolektör akım artışlarını dengeleme eğilimindedir.

Önyargı Tazminatı

Katı hal amplifikatörlerinde, belirli bir uygulamada sinyal kazancındaki kayıp tolere edilemez olduğunda, çalışma noktasının kaymasını azaltmak için genellikle telafi teknikleri kullanılır. Maksimum önyargı ve termal stabilizasyon sağlamak için hem kompanzasyon hem de stabilizasyon yöntemleri birlikte kullanılabilir.

Aşağıdaki şekil hem diyot kompanzasyonunu hem de kendi kendine önyargı stabilizasyonunu kullanan diyot kompanzasyon tekniğini göstermektedir. Hem diyot hem de transistör aynı türdeyse, devre boyunca aynı sıcaklık katsayısına sahiptirler. Burada diyot ileriye dönüktür. Verilen devre için KVL şu şekilde ifade edilebilir -

$$ I_c = \ frac {\ beta [V - (V_ {BE} - V_o)] + (Rb + Rc) (\ beta + 1) ICO} {Rb + Rc (1 + \ beta)} $$

Yukarıdaki denklemden açıkça görülüyor ki, $ V_ {BE} $, VO ve Ic'nin $ V_ {BE} $ değişkenlerine hiçbir etkisi olmayacaktır. Bu, $ V_ {BE} $ varyasyonundan dolayı transistörün çalışma noktasını korumak için etkili bir yöntemdir.

Sıcaklık Telafi Cihazı

Transistörün dahili özelliklerinin değişimlerini telafi etmek için bazı sıcaklığa duyarlı cihazlar da kullanabiliriz. Termistör negatif bir sıcaklık katsayısına sahiptir, yani sıcaklık yükseldikçe direnci katlanarak azalır. Aşağıdaki şekil, sıcaklıkla birlikte $ V_ {BE} $, ICO veya β değerindeki değişiklik nedeniyle kolektör akımındaki artışı azaltmak için termistörü (R T ) kullanan bir devreyi göstermektedir .

Sıcaklık arttığında, R T azalır ve R T'den R E'ye beslenen akım artar. R E boyunca eylem voltajı düşüşü , transistörü tersine çevirmek için ters yöndedir. R T , sıcaklıktaki artış nedeniyle artan IC'deki artışı telafi etme eğiliminde olur.