26. Ом және Кирхгоф заңы.

ТОлық тізбек үшін Ом заңының суреті

Т ізбектің бөлігі үшін

I= Толық тізбек үшін

1.Кирхгоф заңы

(m-1) түйіндегі барлық токтардың алгебралық қосындысы 0 тең болады.

2.Кирхгоф заңы- контурға байланысты

Тұйықталған контурда барлық кернеу түсуінің алгебралық қосындысы осы контурдағы барлық ЭҚК алгебралық қосындысына тең болады.

Қолдану этаптары:1.m,n,nтк,к 2.Барлық тармақтарда шын токтардың бағытын белгілейміз,контурды белгілеп олардың бағытын көрсетеміз.3.1-ші Кирхгоф заңы б/ша m=1 теңдеу құрастырамыз.2-ші Кирхгоф заңы б/ша К теңдеу құрастырамыз.4.Алынған теңдеулер жүйесі б/ша токтардың мәндерін анықтаймыз. Кирхгофтың 1 заңы.

Кирхгофтың бірінші заңын екі түрде тұжырамдауға болады:1) схеманың кез келген түйініне келетін токтың алгебралық қосындысы нөлге тең;2) түйінге келетін токтардың қосындысы,одан кететін токтардың қосындысына тең; Түйіндегі токтардың алгебралық қосындысы нөлге тең,түйінге келетін токтар оң таңбалы,ал одан кететін токтардық таңбасы теріс болады.Физикалық тұрғыдан алып қарасақ,Кирхгофтың бірінші заңы бойынша,тізбектегі зарядтардың қозғалысы кезінде,түйіндердің ешқайсысында зарядтар жиналмайды.Бұл электр зарядтарының қозғалысының үзіліссіздік принципінің сақталу заңының орындалуы болып табылады,яғни түйінге қанша заряд мөлшері келсе,сонша заряд мөлшері кетеді.Σ І_k=0 Кирхгофтың 2 заңы.Кирхгофтың екінші заңы контурдың барлық элементтеріндегі потенциалдың өзгерісінің қосындысы нөлге тең болады деген физикалық қағидамен сипатталады.Тұрақты токтың электр тізбегінің кез келген контурындағы э.қ.к-нің алгебралық қосындысы,осы контурдың барлық элементтерінде,кернеудің түсуінің алгебралық қосындысына тең болады . ΣЕ_k =Σ R_k I_k

Кирхгофтың екінші заңы бойынша теңдеу құрғанда электр тізбегінен барлық тармақтарында алдын ала токтың оң бағыттары беріледі және әрбір контур үшін айналу бағытын таңдап алынады.Егер контурды айналу бағыты э.қ.к-ен сәйкес келсе оң таңба,сәйкес клемесе теріс таңбамен алынады. Ом заңы. Немiс физигi Георг Ом ток күшi тiзбектiң бөлiгiндегi кернеуге тура пропорционал екенiн тапты: I~U . Ол өткiзгiштi басқа өткiзгiшпен ауыстырғанда тiзбектегi кернеу дәл сондай, ал ток күшi өзгеше болатынын байқады. Демек, әр түрлi өткiзгiштер тiзбектегi ток күшiн әр түрлi шектейдi. Тәжiрибелер нәтижелерiн математикаша былай жазуға болады: немесе , (5.3)

мұндағы -пропорционал коэффициентi, ол өткiзгiштердiң қасиетiне тәуелдi. Өткiзгiштiң тiзбектегi ток күшiн шектеу қасиетiн сипаттайтын шама кедергi деп аталады. Еркiн электрондардың кристалл торының иондарымен соқтығысуы өткiзгiш кедергiсiне себеп болады.

(5.3) өрнегi бойынша, ток күшi тiзбек бөлшегiндегi кернеуге тура пропорционал және сол бөлшектiң кедергiсiне керi пропорционал болады (5.1 сурет):

29. Дифференциалдаушы және интегралдаушы тізбектер, аттенюаторлар, бөлгіштер. техникада қысқа импульстерді алу үшін дифференциалдайтын RC- тізбектер қолданылады. Егер тізбектің кірісінде кернеу белгілі бір жылдамдықпен өзгеріп тұрса, шығысында белгілі бір амплитудасы бар импульс пайда болса, яғни:dUшығ= U кір/ dtсонда мұны дифференциалдаушы тізбек деп атайды.7-суретте тізбектің кірісінде импульстің шапшаң өзгеру мезетінде ғана активті R кедергі қысқа (шолақ) импульстер пайда болатыны көрініп тұр. Кірісіндегі сигнал ұлғайғанда шығысында оң таңбалы импульс, ал кіріс сигналы күрт кеміп, азайғанда түскен шығысында теріс импульс пайда болады. Шығысындағы импульстердің ұзақтығы тізбектің өтпелі процесс уақытына тең. 3 уақыт аралығында өтпелі процесс іс жүзінде бітетіндіктен, тізбектің шығысындағы импульс ұзақтығы tт.шығ.≈3ЧRC. 3 RC тең болады деп ұйғарамыз. Сонымен, егер мына теңсіздіктер:τ= RC<< tu және Rг<<R<< Rн, орындалса, онда активті шығысы бар RC–тізбек дифференциалдайтын тізбек болады, мұндағы R2- генератордың ішкі кедергісі, Rж- жүктеме кедергісі. 7-сурет

Күшейткіш каскадтарын (сатыларын) бір-біріне жалғастыру үшін көбінесе айырғыш конденсатор С және шығысында актив кедергісі бар өткел тізбектер қолданылады (5-сурет). Егер өткел тізбекке жиілігі f синусоидалық кернеу түсірілсе, онда кешенді (комплексті) кернеу жеткізу коэффициенті мына түрде өрнектеледі:

Ku=Uшыг/Uкир=jwCRc/1+jwCRc , ал оның модулі: |k(w)|= √(k∙k^* )=√(iwτ/(1+iwτ)∙(((-iwτ))/(1-iwτ)) )=wτ/√(1+w^2 τ^2 ) Өтпелі тізбектегі актив кедергісінің сигнал көзі мен қабылдағышына елеулі әсер болмауы қажет: RГ<< RС<< RЖ. Тізбектегі сыйымдылықта бөлінетін кернеу түсуі мейлінше аз болу үшін мына шарттың орындалуы қажет: 1/wC<<R Егер осы теңсіздіктер орындалса, онда жеткізу коэффициенті KU 1-ге жуық болып, идеалды өткел тізбекке жақындайды.

Интегралдаушы RC- тізбек

Ұзақ импульстерді алу үшін импульстік техникада-интегралдайтын тізбектер қолданылады. Бұл үшін реактивті шығысы бар RC- тізбекті пайдалануға болады (8-суретті қараңыз).

Егер тізбектің уақыт тұрақтысы тізбекке түсетін импульс ұзақтығынан көп болса: τн= RC tu, онда шығыс импульстің ұзақтығы недәуір ұлғаяды (9-суретті қараңыз). Бірақ бұл жағдайда шығыс импульстің амплитудасы бәсеңдейді. Оның мөлшері tU мен U арақатынасына тәуелді.

Шындығында, бұл тізбектің операторлы жеткізу коэффициенті: екенін көрсетуге болады. Соған сәйкес тізбектің өтпелі сипаттамасы: тең болады.

Егер тізбекке тікбұрышты сигнал түссе, онда

Мұны 9-суреттен көруге болады. τн tu теңсіздігі мейлінше жоғары болса, соғұрлым шығыс импульстің амплитудаcы кішірек болады. Шығыс амплитудасы арақатынасына тәуелді екені 10-суретте көрсетілген.

Сыйымдылықтан алынатын шығыс импульстің ұлғаю уақыты (маңдайшасының ұлғаюы) кіріс tU импульстің ұзақтығына тең болады. Ал жалпы шығыс импульстің ұзақтығы 3 болады деп ұйғарғамыз. Сонда tUшығ tUкір +3 U>>tU болған жағдайда tUшығ 3. Сонымен, интегралдайтын тізбекте мынадай теңсіздіктер орындалуы керек.

11-суретте келтірілген схема жоғарыда қарастырылған (8-сурет) тізбекке пара-пар. Сондықтан, бұл да интегралдайтын тізбек болып табылады (ұзартатын RC- тізбек). Шығыс импульстің түрлері және заңдары бірдей болып жоғарыдағы барлық айтылған ой-түйіндер бұл тізбекке де жарайтынын дәлелдеп көрсетуге болады.

28.Электр тізбектерінің есептеу әдістері. Электрлік тізбек электромагниттік және энергия мен ақпараттың басқа да түрлерін өңдеу, тасымалдау, тарату, және өзара түрлендіру үшін арналған құрылғылар жиынтығы. Контурлық токтар әдісі негізгі әдістердің біреуі болып саналады. Және ол тұрақты және айнымалы токтың сызықты тізбектерінде қолданылады.Әдістің маңызы болып ізделулі белгісіз шамаларретінде тізбек тармақтарындағы нақты токтар қарастырылмайды, ал шартты контурлық токтар деп аталатын токтар алынады.Контурлық токтардың саны тізбектегі тәуелсіз контурлардың санына тең және тармақтардағы токтардың санынан аз болады.Сондықтан, контурлық токтар әдісін қолданған кезде Кирхгофтың екінші заңы бойынша жазылған теңдеулержеткілікті. Контурлық токтар әдісін контурлардың саны шамалы тізбектер үшін және де ток көзі бар тізбектер үшін де қолданған дұрыс.Баламалы генератор әдісі(активті екіұштық, бос жүріс және қысқа тұйықталу). Көп жағдайларды тек кана бір тармақтың тогын анықтау керек болады. Ол ушін белгісіз тармақты белгілеп тізбектің калған бөлігін активті екіұштық түрінде көрсетеді. ЭҚК немесе ток көздері болғандықтан бұл екіұштық активті болады және оның кыспактарына белгісіз тармақ қосылады.Потенциалдық диаграмма. Кирхгофтың екінші заңының графикалық турде бейнеленуі. Ол тұйық контур үшін салынады. Және есептеулердің дұрыстығын тексереді: диаграмманың басы мен соңының потенциалдары бір нүктенің потенциалдары сиякты сәйкес келуі керек.Диаграмма салына бастайтын нүктенің потенциалын нолге тең деп алады. Ол үшін тік өсі бойынша тізбектің кедергілерісалынады, егер токтардың багыттары айналу багытпен сәйкес келсе онда кедергілердегі кернеудің кемуі плюс таңбасымен ескеріледі.

29.Кернеу бөлгіш тізбектері. Негізгі шарттар. Кернеу жеткізу коэффициенттері. Сигнал көзінен кернеуді n есе кішірейтіп қабылдағышқа жеткізетін кернеу бөлгіш деген құрылғыны қарастырайық. Осы n бөлу коэффициенті мен кернеу жеткізу КU коэффициентінің арасында мынадай қатынас бар:

1. КU =1/n, (1)

бұл жерде КU = Uшығ./Uкір.. (2)

Резисторлы кернеу бөлгішті екі R1 мен R2 кедергілерімен қамтамасыз етуге болады (1-сурет).

Егер

R1 +R2 >> Rr (3)

Rж >> R2 (4)

шарттары орындалса, онда бөлу коэффициентін мына түрде жазамыз:

(5)

Бұл шарттар бөлгіш пен жүктеменің тізбектің сигнал көзінің қуатына елеулі әсер етпеуін көздейді. (3) және (4) өрнектердегі теңсіздік шамасы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым (5) өрнек дәлірек орындалады. Теңсіздіктер шамасы 10 еседен кем болмауы керек.

Синусоидалық сигналдың жиілігі тым жоғары болса (10⁶-10⁷) Гц, жеткізу коэффициенті КU бәсеңдей түседі, өйткені тізбектердің кірісі мен шығысындағы паразит сыйымдылықтар пайда болып тұрады. Бұл кіріс элементтерін (резистор, транзистор және т.т.) құрастырғанда электродтар аралығындағы өзінен өзі пайда болатын паразит сыйымдылықтар. Сондықтан, жоғары жиілікті синусоидалық сигналға қатысты бөлгіштің схемасын қарастырайық (2-сурет).

Мұндай бөлгіштің бөлу коэффициенті мынаған тең:

(6)

бұл жерде

Егер бөлгіш импульстік режимде жұмыс атқарса, онда шығысында сигналдың түрі біраз бұрмаланады. Өйткені реалды бөлгіштің жеткізу коэффициенті импульстің барлық гармоникалары (құраушылары) үшін бірдей болмайды. Спектрдің жоғары жиілік жағындағы құраушыларының жеткізу коэффициенті кеми түсетіндіктен, импульс фронты көбірек бұрмаланады (3-сурет). Яғни импульс фронттары тік сызық болмай, уақыт бойынша біраз созылады да оны шартты түрде t =2.2R2C3 деп қабылдайды. Бұл шарт Um кернеу амплитудасының tф1 =0,1 деңгейден 0,9–ға дейін ұлғаю уақытын көрсетеді, оны тізбектің өтпелі процесінің ұзақтығы деп атайды.

Кернеу жеткізу коэффициенті сигналдың барлық гармониялық құраушыларына бірдей болу үшін практикада теңелтетін бөлгіштер, яғни аттенюаторлар қолданылады (4-сурет).

Бұл жерде Са –компенсациялайтын (толықтыратын) айнымалы сыйымдылық. Егер сигналдың барлық құраушылары үшін

R1Ca=R2C3 (8)

және КU= R2/(R1+R2) теңдіктері орындалса, мұндай бөлгіштің жеткізу коэффициенті жиілікке тәуелсіз болады.

31. Шалаөткізгішті материалдардың электрофизикалық қасиеттері. Жартылай өткізгіштердің өткізгіштерден айырмашылығы олардың электр өткізгіштігінің температураға тәуелділігімен сипатталады. Өлшеу нәтижелеріне қарағанда кейбір элементтердің және қосылыстардың меншікті кедергілері температура арткан сайын төтенше азаятындығы байқалады. Міне, сондай заттар жартылай өткізгіштер деп аталады. Донорлық қоспа: мышьяк атомының валенттік электроны бесеу. Оның төртеуі айналасындағы атомдармен, мыс кремнийдің атомдарымен коваленттік байланыс жасауға қатысады. Ал бесінші валенттік электрон атоммен әлсіз байланыста болып қалады. Ол мышьяк атомынан оңай бөлініп кетеді де, еркін электорнға айналады.Электорндарын оңай беретін, еркін электорндардың санын көбейтетін қоспалар донорлық қоспалар деп аталады.Еркін электрондар коп болғандықтан n типті жартылай өткізгіштер деп аталады. Акцепторлық қоспа: Егер қоспа ретінде үш валентті индий атомдары қолданылса, онда жартылай өткізгіштің өткізгіштігінің сипаты өзгереді.Көршілес атомдармен қалыпты қос электрондық байланыс жасау үшін индий атомына бир электорн жетпей қалады. Нәтижесінде кемтік пайда болады. Кристалдағы кемтіктердің саны қоспа атомдарының санына тең. Қоспалардың осындай түрі акцепторлық деп аталады. Кемтіктік өткізгіштігі басым келетіндіктен p типті жартылай өткізгіш деп аталады.

32-33.Шалаөткізгіштік аспаптардың жұмысының физикалық негіздері.Шалаөткізгіштік аспаптар,шалаөткізгіштердің электрөткізгіштігі.

Электронды-кемтіктік ауысуы,вольт-амперлік сипаттамасы.

Шалаөткізгіштік құралдар: 3-ші валенттік, 4-ші валенттік, 5-ші валенттік болып бөлінеді.Шалаөткізгіштіктер меншікті және қоспалы деп ажыратылады.Меншіктіге 4-ші вал. Жатады, ол кезде ni=pi,мұндағы ni- электрондар саны, pi- кемтіктер саны.

Кемтік электрон жұбы пайда болуын генерация деп,ал электрон кемтік жұбын жоюын рекомбинация деп атаймыз. Қоспалы шалаөткізгіштіктердің өзін 4+3 вал. Және 4+5 вал. Деп қарастырамыз.4+3 вал.p-типті акцепторлық:ppi > npi,мұндағы ppi- негізгі заряд тасушылар, npi- негізгі емес заряд тасушылар.Ал 4+5 вал. n–типті донорлық өткізгіштік.nni> pni ,мұндағы nni -негізгі , pni -негізгі емес заряд тасушылар.

Транзисторға кернеу берiлмеген жағдайда оның p-n- өткелдерiнде тасушылардың диффузиялық ауысу себебiнен зарядтардың қос қабатты электр өрiсi пайда болады, өйткенi p-n- өткелiнiң сол жағынан (2-сурет) p-типтi тасушылар (кемтiктер) оң жағына ауысып, орындарында қозғалмайтын терiс акцептор иондарын қалдырады. Сол сияқты жылжымалы электрондар он жағынан сол жағына ауысып, орындарына қозғалмайтын оң донорлы иондардан кетедi. Мұндай жағдайда екi аймақтың шекарасынан, жоғарыда айтылғандай диффузия механизмiмен (яғни концентрациясының градиентi болғандықтан), тасушылар ағыны диффузия тоғын құрайды: Iдиф=I рдиф+ IRдиф . Жылжымалы кемтiктер мен электрондар қарама-қарсы қозғалып және бiр-бiрiмен кездесiп, басым көпшiлiгi рекомбинацияға ұшырап, екеуiде “жойылады” (бейтараптанады). Сол себептен шекараның таяу маңайында тоқ құрайтын жылжымалы бөлшектердiң саны азая түсiп, ток жапқыш қабатты қалыптастыра бастайды.

2-сурет.

Дрейф тоғы жылулық Iт тоғы болып табылады (тепловой ток), өйткенi оны құрайтын негiзгi емес тасушылардың саны температураға байланысты. Дрейф тоғының да электронды және кемтiктi құраушылары болады: Iт =Iрт +Inт. Негiзгi емес тасушылардың концентрациясы аз болғандықтан, олардың құрайтын тоғы да шамалы, бірақ соған қарамастан қанығу күйiнде жүредi. Себебi p-n- өткелдiң электр өрiсi қандай мәнде болса да , оған жылулық қозғалысымен таяп қалған негiзгi емес тасушылар толығымен кедергiсiз өткел шекарасынан ауыса бередi (электр өрiсi сүйемелдейдi!). Жылулық тоқтың бағыты диффузия тоғына қарама-қарсы, сондықтан оны керi тоқ деп те атайды: Iт = Iдр =I0 (обратный ток). Өткелдiң жалпы тоғы:I p- n= Iдиф- Iдр= Iдиф-I 0 (2)Тепе-теңдiк күйiнде бұл тоқтар бiр-бiрiне теңесiп жалпы токты нолге айналдырады Ip-n =Iдиф –I0 =0. Негiзгi тасушылар бiр аймақтан екiншiсiне кiре бастағанада (және қарама-қарсы), жоғарыда айтылғандай, бiр-бiрiмен рекомбинацияланады.Неғұрлым екiншi аймақтағы негiзгi тасушылардың концентрациясы аз (көп) болса, соғұрлым бiрiншi аймақтан келген негiзгi тасушылардың рекомбинацияға iлiкпей жүретiнжолы ұзын (қысқа) болады. Сол себептен Na≠ Nd болса,жапқыш жолағы (онда тек иондар!) негiзгiлердiң концентрациясы аз жағына көбiрек ығысады.

3-сурет. p-n- өткелдiң моделi және оның потенциалдық барьерi.а) кернеу берiлмегендегi p-n өткелi, б) сыртқы керi кернеу берiлгендегi p-n өткелi, в) сыртқы тура кернеу берiлгендегi p-n өткелi.

Егер өткелдiң iшкi электр өрiсiне сай (бiр бағытта) сырттан кернеу берiлсе (яғни p-аймағына терiс, n-аймағына оң кернеу), онда өткелдiң кернеулiгi артып, потенциал биiктiгi ( 0+Е)мәнiне дейiн өседi. Берiлген кернеу мөлшерiне қарай потенциалды барьер биiктей келе негiзгi тасушылардың диффузиялық қозғалысы тоқтап, тоғы нөлге теңеледi. Сонда (2)формула бойынша өткелдiң жалпы тоғы Ip-n =Iдиф –I0 =-I0 а(бiрнеше микроампер) ғана керi токқа тең болады. Сонымен қатар, электр өрiсi ұлғая келе негiзгi тасушыларды керi айдай бастайды, яғни жапқыш жолағы кеңейе түседi. 3б- суреттегі кернеу берiлу жолы керi қосу әдiсi деп аталады. Ал ендi p-n өткелге сырттан кернеу тура бағытта берiлсе (p-аймағына оң, n- аймағына терiс кернеу), онда iшкi электр өрiсiнiң және сыртқы электр өрiсiнiң бағыттары бiр-бiрiне қарама-қарсы болып, өткелдiң потенциал биiктiгiн ( 0-Е) мәнiне дейiн төмендетедi (3в -сурет). Потенциал биiктiгi төмендегенде(яғни жапқыш жолағы тарылғанда) негiзгi тасушылар өткелден бүркiле қозғалып (инжекция құбылысы) диффузия тоғын арттырады. Екiншi аймаққа келiп олар негiзгi емес тасушылар болып қалады. p-n өткелдiң вольт-амперлiк

сипаттаманың ассиметриялық түрi суретте көрсетiлген.сурет. p-n өткелдiң ВАС-ы.

Кернеу тура бағытта берiлгенде өткелден жүретiн ток үлкен, ал керi берiлгенде тогы аз болып шалаөткiзгiштiң меншiктi электрөткiзгiшiмен (негiзгi емес зарядтармен) анықталады және бұл керi ток температураға байланысты болатынын ескерте кетемiз. Диффузия тогы экспонента заңымен өзгередi: Iдиф = I0exp [eU/kT], мұндағы U- сыртқы кернеу. (2) формуланы ескере отыра p-n өткелден жүретiн токты мына формуламен өрнектеймiз:Ip-n =I диф –I0 =I0 {exp [eU/kT]-1} (5)