Download
1 / 65
E N D
Үндсэн ойлголтууд • Дамжуулагч: цахилгааныг маш сайн дамжуулна, дамжуулагчид чөлөөт электронууд олноороо байна. Чөлөөт электрон гэдэгт аль нэг атомд харьяалагддаггүй, сул чөлөөтэй хөдлөх боломжтой электронуудыг ойлгоно. Дамжуулагчид ямар нэгэн атомд харьялагддаггүй сул чөлөөтэй электронууд олноор байх бөгөөд эдгээр электронууд нь дамжуулагч дотуур сул чөлөөтэй хөдлөх боломжтой байдаг тул цахилгааныг маш сайн дамжуулна. • Тусгаарлагч: дамжуулагчийн эсрэг шинж чанартай буюу цахилгааныг огт дамжуулдаггүй. Тусгаарлагч дотор аль нэг атомд харьяалагддаггүй чөлөөт электронууд байдаггүй бөгөөд гаднаас тусгаарлагч дотор чөлөөт электрон оруулсан ч тэд чөлөөтэй хөдлөх боломжгүй тул цахилгааныг огт дамжуулдаггүй. • Хагас дамжуулагч: температураас хамааран цахилгаан дамжуулал нь өөрчлөгддөг. Абсолют 0 температурт хагас дамжуулагчид чөлөөт электрон болон нүх (атомын бүтцэд электроны байрлах ёстой хоосон зай) байдаггүй тул цахилгааныг дамжуулдаггүй тусгаарлагчтай адилхан. Харин темпертур ихсэхэд хагас дамжуулагч дотор чөлөөт электронууд ба нүх үүсдэг тул цахилгааныг дамжуулдаг. Иймд хагас дамжуулагчийн цахилгаан дамжуулал нь температураас хамаарна нэмэгддэг. Бодисыг цахилгаан дамжуулах чадвараар нь цахилгааныг маш сайн дамжуулдаг дамжуулагч, цахилгааныг огт дамжуулдаггүй тусгаарлагч, цахилгаан дамжуулал нь температураас шууд хамаардаг хагас дамжуулагч гэж гурав ангилж болно.
Дамжуулагчаар гүйх электроны урсгалын тухай мэдэхийн тулд атомын бүтцийн талаар мэдэх хэрэгтэй. Атомууд нь эерэг цэнэгтэй протон, цэнэггүй нейтрон, сөрөг цэнэгтэй электрон гэсэн 3 төрлийн бөөмсөөс тогтох бөгөөд атом дахь эерэг сөрөг цэнэгтэй бөөмүүдийн тоо тэнцүү байх учраас бүхэлдээ цахилгаан саармаг байна. Эерэг цэнэгтэй бөөм болох протонууд нь атомын цөмд орших ба харин сөрөг цэнэгтэй бөөм болох электронууд нь цөмийг тойрон хөдөлнө. Жишээ нь зурагт 3 электрон, протонтой элементийг дүрслэв. Ихэнх цахилгааныг сайн дамжуулдаг бодисуудын валентын орбит дээр орших валентын электрон нь 1 байна. Энэхүү валентын электронууд нь цөмдөө сул татагдаж байдаг учраас атомаас сугаран гарч чөлөөт электрон болох боломжтой. Иймээс дамжуулагч дотор чөлөөт электронууд олноор байдаг байна. Энэхүү чөлөөт электрон гэдэгт дараах 2 зүйлийг ойлгоно. Нэгдүгээрт дамжуулагч дотор ямар ч атомаас хамааралгүй сул чөлөөтэй электронууд олноор байдаг. Хоёрдугаарт дамжуулагч доторх чөлөөт электрон нь дамжуулагч дотуур чөлөөтэй шилжин хөдлөх боломжтой байна. Өөрөөр хэлбэл дамжуулагч доторх сул электронууд байдаг бөгөөд тэдгээр нь сул чөлөөтэй хөдлөх боломжтой байдаг нь дамжуулагчаар гүйдэл гүйх боломжийг олгоно.
Цахилгаан гүйдэл Цахилгаан гүйдэл нь цэнэгтэй бөөмсийн жигдрэн хөдөлсөн хөдөлгөөнийг хэлнэ. Гүйдлийг ампер гэдэг нэгжээр үнэлэх бөгөөд ампер нь нэгж хугацаанд дахь цэнэгийнөөрчлөлтөөр тодорхойлогдоно. 1mA=10-3A 1A=10-6A 1nA=10-9A 1pA=10-12A Дамжуулагчаар гүйх гүйдлийн чиглэлийг түүн доторх эерэг цэнэгтэй бөөмсийн шилжилтээр тодорхойлдог учраас гүйдлийн чиглэлийг электроны урсгалын эсрэг чиглэлд авна. Дамжуулагчаар гүйдэл гүйх үед дамжуулагч халдаг. Энэ нь тухайн дамжуулагчааргүйх гүйдэл буюу электроны урсгалд дамжуулагчийн атомуудын зүгээс учруулах саадтай холбоотой.
Эсэргүүцэл Дамжуулагчаар гүйдэл гүйх үед түүнд дамжуулагчийн атомуудын зүгээс учруулах саадыг эсэргүүцэл гэдэг хэмжигдэхүүнээр тодорхойлно. Тухайн бодисоор гүйдэл гүйх үед түүний атомуудын зүгээс электроны энэхүү урсгалд саад болох эсэргүүцэл нь бодисыг цахилгаан дамжуулагч болон цахилгаан дамжуулдаггүй тусгаарлагч гэж ангилахын үндэс болно. Цахилгааныг сайн дамжуулдаг цагаан алт, алт, мөнгө зэргийн хувьд энэ эсэргүүцэл нь туйлын бага байна. Өөрөөр хэлбэл бодисын эсэргүүцэл багасах тусам тухайн бодис цахилгааныг сайн дамжуулна. Жишээлбэл зэс нь хөнгөн цагаанаас эсэргүүцэл багатай тул зэс хөнгөн цагаантай харьцуулахад цахилгааныг сайн дамжуулна. Эсэргүүцлийг ом гэдэг нэгжээр үнэлнэ. Дамжуулагчийн эсэргүүцэл нь дамжуулагчийн хөндлөн огтлолтой урвуу, дамжуулагчийн урттай шууд хамааралтай. Иймээс ижил материалаар хийсэн, ижил хөндлөн огтлолтой дамжуулагчуудын хувьд урт нь эсэргүүцэл ихтэй, харин ижил материалаар хийсэн, ижил урттай дамжуулагчуудын хувьд хөндлөн огтлол ихтэйн эсэргүүцэл багатай байна. Иймээс дамжуулагчийн эсэргүүцэл нь: энд L–дамжуулагчийн урт, S–дамжуулагчийн хөндлөн огтлол, –дамжуулагчийн хувийн эсэргүүцэл. 1ohm=1 1kohm=103ohm 1Mohm=106ohm
Чадал Нэгж хугацаанд цахилгаан гүйдлийн хийх ажлыг чадал гэдэг нэгжээр хэмжинэ. Өөрөөр хэлбэл гүйдлээр тодорхой энерги зөөгдөх бөгөөд энэ энергийг тодорхойлдог хэмжигдэхүүнийг чадал гэнэ. Гүйдлээр зөөгдөх цахилгаан энергийг энергийн өөр хэлбэрт шилжүүлэн ашиглаж болно. Жишээлбэл гэрэл, дулааны энерги болгох г.м. Энэ чанарыг ашиглан энгийн чийдэнг хийдэг. Чадлыг ватт /watt/ гэдэг нэгжээр үнэлнэ. P=VI [1W]=[1V1A] Хүчдэл Хүчдэл нь чөлөөт электронуудыг нэг цэгээс нөгөө цэгт зөөхөд зориулагдсан энергийг тодорхойлдог хэмжигдэхүүн. Өөрөөр хэлбэл дамжуулагчийн хоёр төгсгөлд энергийн ялгааг бий болгоход дамжуулагч доторх электронууд энерги багатай тал уруу хөдөлснөөр дамжуулагчаар гүйдэл гүйх болно. Энэ энергийн ялгааг потенциалын ялгавар буюу хүчдэл гэнэ.
Тогтмол гүйдэл – dc (direct current) Дамжуулагчаар гүйх электроны урсгал нт нэг чиглэлд тогтмол хэмжээтэй байх юм бол түүнийг тогтмол гүйдэл гэнэ. Иймээс тогтмол гүйдэл нь хугацаанаас хамааран өөрчлөгддөггүй бөгөөд ийм гүйдэл үүсгэгчийн жишээ нь баттерей. Баттерейн хасах туйл нь хасах цэнэгтэй ион ба чөлөөт электронуудыг үүсгэх бөгөөд харин нэмэх туйлд хасах туйлд үүссэн хасах цэнэгтэй ионуудтай ижил тооны нэмэх цэнэгтэй ион үүсэж байна. Хувьсах гүйдэл – alternating current (ac) Дамжуулагчаар гүйх электроны урсгал нь хугацаанаас хамааран өөрчлөгдаж байвал түүнийг хувьсах гүйдэл гэх бөгөөд ийм гүйдэл үүсгэгчийн жишээ нь хувьсах гүйдлийн генератор.
Хувьсах гүйдлийг гарган авах үндсэн 2 арга байдаг. Үүний эхнийх нь дамжуулагч жаазан дотор тогтмол соронзонг эргүүлэх замаар хувьсах гүйдлийг гарган авах болно. Өөрөөр тогтмол соронзон оронд жаазыг эргүүлэх замаар хувьсах гүйдлийг гарган авна.
Далайц, үе, давтамж Хамгийн энгийн хувьсах гүйдлийн жишээ нь синусойд гүйдэл. Өөрөөр хэлбэл синусойд гүйдлийн хүчдэл ба гүйдэл нь синусийн хуулиар өөрчлөгдөнө. i = ipsin v = vpsin Peak voltage — үндсэн төвшин (baseline)-өөс максимум хүртлэх утгыг хүчдлийн далайц гээд Vp гэж тэмдэглэнэ. Peak to peak — хүчдлийн максимумаас минимум хүртлэх утгыг нийт далайц буюу бүтэн далайц гээд Vp-p гэж тэмдэглэнэ. Vp-p = 2Vp Vp = 0.5Vp-p Root-Mean-Square (RMS) Voltage — эффектив буюу үйлчлэгч утга нь далайцын 0,707 хувьтай тэнцүү утгыг илэрхийлнэ. Vrms = 0.707Vp Vp =1.414Vrms Frequency — давтамж нь сигналын хэлбэр 1 секундэд хэдэн удаа давтагдахыг илэрхийлнэ. Давтамжийг f үсгээр тэмдэглэх бөгөөд нэгж нь герц. 1kHz=103Hz 1MHz=106Hz 1GHz=109Hz Period — үе нь сигналын хэлбэрийн нэг бүтэн давтагдах хугацааг хэлнэ. Үеийг Т гэж тэмдэглэх бөгөөд нэгж нь секунд. 1ms=10-3s 1s=10-6s Давтамж үе хоёр нь дараах хамааралтай
Хэлхээний элементүүд Резистор Дамжуулагчаар гүйдэл гүйх үед түүний атомуудын зүгээс электроны урсгалд саад болох эсэргүүцлийн тухай өмнөх бүлэгт үзсэн билээ. Тэгвэл дамжуулагчийн энэ чанар дээр үндэслэгдэн хийгдсэн элементийг резистор гэнэ. Резисторыг хэлхээнд дүрсээр тэмдэглэнэ. Резисторын нэгж нь Ohm, 103Ohm=1kOhm 106ohm=1Мohm. Мөн үүнээс гадна хазайлт (эсэргүүцлийн номиналь утгаасаа хазайх зөвшөөрөгдсөн хазайлт), чадал (эсэргүүцлийн дааж чадах хамгийн их чадал), температурын коэффицент (температурыг 1 градусаар өөрчлөгдөхөд эсэргүүцлийн хэмжээ хэрхэн өөрчлөгдөхийг харуулсан параметр), максимум температур (чадлын номиналь утга өөрчлөгдөхгүй байх хамгийн их температурын хэмжээ) зэрэг параметрүүдийг ашигладаг. Резистор дээр унах хүчдэл, түүгээр гүйх гүйдэл, эсэргүүцлийн хэмжээ 3 хоорондоо дараах хамааралтай. V=RI
Ороомог Дамжуулагчаар гүйх гүйдэл өөрчлөгдөх үед түүнд индукцийн цахилгаан хөдөлгөгч хүч үүсэх болон түүний эргэн тойронд хувьсах соронзон орон үүсдэг зэрэг физик үзэгдлүүд ажиглагдана. Дамжуулагчаар гүйдэл гүйх үед ажиглагдах эффектүүд дамжуулагчийн хэлбэр хэмжээнээс хамаарах бөгөөд хэрэв дамжуулагчийг ороомог хэлбэртэй болговол эдгээр эффектүүд улам ихэснэ. Жишээлбэл: Реле - Relay Ороомгоор гүйдэл гүйхэд түүнд соронзон орон үүсдэг. Ингэж үүсгэсэн соронзон орон нь энгийн соронзон оронтой адилхан шинж чанартай байдаг. Иймээс никель, төмөр болон бусад металлыг өөртөө татдаг. Ороомгийн энэ шинж чанарыг нь ашиглан реле гэж нэрлэгддэг төхөөрөмжийг хийнэ. Хамгийн энгийн релен жишээ бол ороомгоор гүйдэл гүйх үед хаагдаж, бусад үед нээлттэй байдаг switch буюу унтраалга. Резонанс – Resonance Ороомог болон конденсатор ашигласан хэлхээгээр гүйх гүйдлийн давтамжийн тодорхой нэг утганд резононсийг үүсгэх буюу энэ үед хэлхээгээр гүйх гүйдэл гэнэт ихсэх (цуваа хэлхээний хувьд) эсвэл гэнэт багасдаг (зэрэгцээ хэлхээний хувьд). Трансформатор Ороомгоор хувьсах гүйдлийг дамжуулахад түүний эргэн тойронд үүссэн хувьсах соронзон орны нөлөөгөөр түүнтэй зэрэгцээ байрлах ороомогт хувьсах цахилгаан орон үүсэж гүйдэл гүйдэг. Ороомгийн энэ шинж чанарыг ашиглан трансформаторыг хийнэ. Ороомгийн дотор ферросоронзон бодисоор хийсэн зүрхэвчийг хийвэл индукцлэл улам ихэсдэг г.м
Ороомгийг хэлхээнд гэж тэмдэглэнэ. Нэгж нь индукцлэл: Герц - Henry (Hz). Үүнээс гадна хазайлт (ороомгийн индукцлэл номиналь утгаасаа хазайх зөвшөөрөгдсөн хазайлт), эффектив индукцлэл (ороомгийн дотоод багтаамжийн нөлөөг тооцсон индукцлэл), температурын муж (ороомог хэвийн ажиллах хамгийн их ба бага температур) зэрэг параметрүүд байдаг. Ороомог дээр унах хүчдэл, индукцлэл, түүгээр гүйх гүйдэл 3 дараах хамааралтай. Ороомог дээрх хүчдэл нь түүгээр гүйх гүйдлээс /2 фазаар хоцордог. Иймээс ороомог дээр унах чадал нь дараах хэлбэртэй байна. Inductive Reactance — индукцлэлийн эсэргүүцэл нь ороомог дээр унах эсэргүүцлийн хэмжээг тодорхойлно. Энэ нь ороомгоор гүйх гүйдлийн давтамжаас хамаарах бөгөөд тогтмол гүйдэлд тэгтэй тэнцүү байна. Өөрөөр хэлбэл индукцлэлийн эсэргүүцэл нь давтамж болон индукцлэлээс шууд хамааралтай. XL = 2fL
Конденсатор Конденсаторыг ихэвчлэн диэлектрикээр тусгаарлагдсан хоёр дамжуулагчаас тогтсон элемент гэж тодорхойлдог. Конденсаторыг хэлхээнд гэж тэмдэглэнэ. Нэгж нь багтаамж Farad. 1F=10–6F 1nF=10–9F 1pF=10–12F Үүнээс гадна хазайлт, номиналь хүчдэл (конденсаторын дааж чадах хамгийн их хүчдлийн хязгаар) зэрэг параметрүүдийг хэрэглэнэ. Конденсаторын нэг дамжуулагч дээр нөгөөхөөс нь олон электрон цугларахыг конденсатор цэнэглэгдэх гэж ойлгоно. Конденсатор дээр унах хүчдэл, конденсаторт хуримтлагдах цэнэг, багтаамж гурав дараах хамааралтай. Хувьсах гүйдлийн хувьд конденсатор дээр унах хүчдэл нь түүгээр гүйх гүйдлээс /2 фазаар түрүүлдэг.
R резистор, С конденсаторыг цуваа холбосон шугаман RC хэлхээг авч үзье. Энэ RC хэлхээний оролтын хүчдэл нь С конденсатор ба R резистор дээр хуваагдаж унах бөгөөд гаралтын хүчдэл нь С конденсатор дээр унах хүчдэлтэй тэнцүү байна. • Ингээд дараах зүйлүүдийг тооцвол: • Конденсатор дээрх хүчдэл нь резистор дээрх хүчдлээс p/2 фазаар /900-аар/ хоцроно • Конденсаторын багтаамжийн эсэргүүцэл Xc=1/wC буюу Xc=1/2pּfC /энд w нь тойрог давтамж бөгөөд давтамжтай w=2pf хамааралтай байна/ байдаг • Конденсатор ба резистораар гүйх гүйдлүүд тэнцүү учир тэдгээр дээр унах хүчдэл нь тэдгээрийн эсэргүүцэлтэй шууд хамааралтай. • Оролтын хүчдэл нь конденсатор ба резистор дээр унах хүчдлийн нийлбэртэй тэнцүү байна. Иймээс оролтын хүчдэл нь конденсатор ба резисторийн эсэргүүцлийн нийлбэртэй шууд хамааралтай. • Гаралтын хүчдэл нь конденсатор дээрх хүчдэлтэй тэнцүү байна. Иймээс гаралтын хүчдэл конденсаторын багтаамжийн эсэргүүцэлтэй шууд хамааралтай. Шугаман RCхэлхээ Эдгээр зүйлүүдийг тооцож оролт гаралтын хүчдлүүдийг вектор диаграммын аргаар дүрсэлбэл: Эндээс дамжууллын коэффицентийг олбол:
Түрүүлэгч RC хэлхээ буюу нам давтамжийн фильтр Энэ хэлхээний хувьд оролтын хүчдэл нь конденсатор ба эсэргүүцэл дээр хуваагдаж унах бөгөөд гаралтын хүчдэл нь конденсатор дээр унах хүчдэлтэй тэнцүү байна. С конденсатор, R резисторыг цуваа холбосон шугаман RC хэлхээг авч үзье. • Ингээд дараах зүйлүүдийг тооцвол: • Конденсатор дээрх хүчдэл нь резистор дээрх хүчдлээс p/2 фазаар /900-аар/ хоцроно • Конденсаторын багтаамжийн эсэргүүцэл Xc=1/wC буюу Xc=1/2pּfC /энд w нь тойрог давтамж бөгөөд давтамжтай w=2pf хамааралтай байна/ байдаг • Конденсатор ба резистораар гүйх гүйдлүүд тэнцүү учир тэдгээр дээр унах хүчдэл нь тэдгээрийн эсэргүүцэлтэй шууд хамааралтай. • Оролтын хүчдэл нь конденсатор ба резистор дээр унах хүчдлийн нийлбэртэй тэнцүү байна. Иймээс оролтын хүчдэл нь конденсатор ба резисторийн эсэргүүцлийн нийлбэртэй шууд хамааралтай. • Гаралтын хүчдэл нь конденсатор дээрх хүчдэлтэй тэнцүү байна. Иймээс гаралтын хүчдэл конденсаторын багтаамжийн эсэргүүцэлтэй шууд хамааралтай. Эдгээр зүйлүүдийг тооцож оролт гаралтын хүчдлүүдийг вектор диаграммын аргаар дүрсэлбэл: Эндээс дамжууллын коэффицентийг олбол:
Интегралчлагч болон дифференциалчлагч хэлхээ Шугаман интегралчлагч хэлхээ Vin=iRR+Vc Vc=Vout Интегралчлагч хэлхээний жишээ болгон шугаман RC хэлхээг авч үзье. Энэ хэлхээний ажиллах зарчим нь конденсаторын цэнэглэгдэх болон цэнэгээ алдах процессоор тайлбарлагдана. Гаралтын хүчдэл нь оролтын хүчдлээс авсан интегралтай шууд хамааралтай хэлхээг интегралчлагч хэлхээ гэнэ. ir=ic=i хэрэв Vout<<Vin бол Vin=irR+Vc VR=Vout Шугаман дифференциалчлагч хэлхээ Гаралтын хүчдэл нь оролтын хүчдлээс авсан дифференциалтай шууд хамааралтай хэлхээг дифферциалчлагч хэлхээ гэнэ. Шугаман RC хэлхээний хувьд: ir=ic=I хэрэв Vout<<Vin бол
Интегралчлагч RC хэлхээ 1 1. Оролтонд өгсөн хүчдэл резистор ба конденсатор дээр хуваагдаж унах ба гаралтанд конденсатор дээр унах хүчдлийг авна. Иймээс оролтонд 0 хүчдэл байхад гаралтанд мөн 0 хүчдэл байна. Оролтонд өгсөн хүчдэл 0-ээс 5v хүртэл огцом ихсэх агшинд конденсатор цэнэглэгдээгүй байх учраас гаралтанд мөн 0 байна. Энэ үеэс хойш конденсатор цэнэглэгдэж эхлэх тул гаралтын хүчдэл нэмэгдэнэ. Ингээд гаралтын хүчдлийн хэлбэр нь конденсаторын цэнэглэгдэх хуулиар ихэснэ. Конденсатор t хугацааны дараа бүрэн цэнэглэгдэхэд оролтын бүх хүчдэл конденсатор дээр унах болно. Интегралчлагч RC хэлхээний оролтонд тэгш өнцөгт импульс өгөхөд гаралтанд гарах импульсийн хэлбэрийг судлая. 2. Иймээс интегралчлагч RC хэлхээний хувьд оролтонд тэгш өнцөгт импульс өгөхөд гаралтанд гарах импульсийн хэлбэр конденсаторын цэнэглэгдэх хугацаанаас хамаарна. Хэрэв конденсатор удаан цэнэглэгдэж байвал гаралтанд гарах импульсийн хэлбэр улам налуу болж өгнө. 3. Конденсаторын цэнэглэгдэх хугацаа нь шугаман RC хэлхээний хувьд t=5RC-тэй тэнцүү байна. Үүнээс гадна гаралтанд гарах импульсийн эхний фронтын үргэлжлэх хугацааг тодорхойлдог 2.2RC гэсэн хэмжигдэхүүн байдаг. Энэ гаралтанд гарах импульсийн эхний фронт 10%-аас 90% хүртэл өсөхөд зарцуулах хугацаа
Интегралчлагч RC хэлхээ 2 5. Оролтын хүчдэл 5v-ээс 0 болох агшинд гаралтын хүчдлийн хэлбэр өөрчлөгдөхгүй бөгөөд энэ нь конденсаторыг цэнэглэсэн хүчдэлтэй тэнцүү байна. Үүнээс хойш конденсатор R-ээр дамжуулан цэнэгээ алдах тул гаралтын хүчдэл багасаж эхэлнэ. Иймээс гаралтын хүчдлийн хэлбэр конденсаторын цэнэгээ алдах хуулийн дагуу өөрчлөгдөнө. Конденсатор цэнэгээ бүрэн алдаж дуусахад гаралтын хүчдэл 0 болно. 4. Одоо оролтонд өгсөн импульс 5v-оос эргэн 0 болоход гаралтанд гарах импульсийн хэлбэр хэрхэн өөрчлөгдөхийг үзье. 6. Конденсаторын цэнэгээ алдаж дуусахад зарцуулах хугацаа t нь шугаман RC хэлхээний хувьд 5RC хугацаатай тэнцүү байна. Мөн үүнээс гадна гаралтанд гарах импульсийн арын фронтын буурах хугацааг тодорхойлдог 2.2RC гэсэн хэмжигдэхүүнийг авч үздэг. Энэ нь импульсийн арын фронт 90%-аас 10% хүртэл буурахад зарцуулах хугацааг илэрхийлнэ. 7. Интегралчлагч RC хэлхээний оролтонд тэгш өнцөгт импульс өгөхөд гаралтын импульсийн хэлбэр ямар байх нь хугацааны тогтмол RC-гээс ихээхэн хамаардаг байна. RC-гийн хэмжээ хэдий ихсэн гаралтанд гарах импульс улам налуу болж өгнө. Үүнээс гадна оролтонд өгөх тэгш өнцөгт импульсийн үргэлжлэх хугацаанаас хамаарна. 8. Интегралчлагч хэлхээний оролтонд тэгш өнцөгт импульс өгөхөд цэвэр интегралчилж чадвал гаралтанд гурвалжин импульс гарна.
Интегралчлагч RC хэлхээ 3 Асуулт: 1. R=100ohm C=1000pF интегралчлагч RC хэлхээний оролтонд 5v-ийн далайцтай 1kHz давтамжтай тэгш өнцөгт импульс өгөхөд гаралтанд ямар хэлбэрийн импульс гарах вэ? 2. R=1k C=1000pF интегралчлагч RC хэлхээний оролтонд 5v-ийн далайцтай 1kHz давтамжтай тэгш өнцөгт импульс өгөхөд гаралтанд ямар хэлбэрийн импульс гарах вэ? 3. R=1k C=10pF интегралчлагч RC хэлхээний оролтонд 5v-ийн далайцтай 10kHz давтамжтай тэгш өнцөгт импульс өгөхөд гаралтанд ямар хэлбэрийн импульс гарах вэ? 4. Интегралчлагч RC хэлхээ оролтонд өгсөн тэгш өнцөгт импульсийг интегралчилж байхын тулд R, C, тэгш өнцөгт импульсийн үргэлжлэх хугацаа 3-ыг хэрхэн сонгож авах нь зохистой вэ?
Дифференциалчлагч RC хэлхээ 1 2. Оролтонд өгсөн хүчдэл резистор ба конденсатор дээр хуваагдаж унах ба гаралтан дахь хүчдэл резистор дээр унах хүчдэлтэй тэнцүү байна. Оролтонд 0 хүчдэл байхад гаралтанд мөн 0 байна. Оролтын импульс 0-ээс 5v болж огцом өсөх агшинд конденсатор цэнэглэгдээгүй байгаа тул бүх хүчдэл резистор унана. Иймд оролтын хүчдэл 0-оос 5v болох агшинд гаралтын хүчдэл 5v байна. Ингээд конденсатор цэнэглэгдэж эхлэх тул резистор дээрх хүчдэл багасна. Иймээс гаралтын хүчдэл конденсаторын цэнэглэгдэх хуулийн дагуу хорогдоно. t хугацааны дараа конденсатор бүрэн цэнэглэгдэж дуусахад резистор дээрх хүчдэл 0 болно. 1. Дифференциалчлагч RC хэлхээний оролтонд тэгш өнцөгт имупльс өгөхөд гаралтанд ямар хэлбэрийн импульс гарахыг үзье. 3. Иймээс дифференциалчлагч RC хэлхээний хувьд оролтонд тэгш өнцөгт импульс өгөхөд гаралтанд гарах импульсийн хэлбэр конденсаторын цэнэглэгдэх хугацаанаас хамаарна. Хэрэв конденсатор удаан цэнэглэгдэж байвал гаралтанд гарах импульсийн хэлбэр улам налуу болж өгнө. 4. Конденсаторын цэнэглэгдэх хугацаа нь шугаман RC хэлхээний хувьд t=5RC-тэй тэнцүү байна.
Дифференциалчлагч RC хэлхээ 2 6. Оролтын хүчдэл 5v-оос 0болох агшинд гаралтын хүчдэл конденсаторыг цэнэглэсэн хүчдэлтэй тэнцүү, эсрэг тэмдэгтэй байна. Үүнээс хойш конденсатор R-ээр дамжуулан цэнэгээ алдах тул гаралтын хүчдэл багасаж эхэлнэ. Иймээс гаралтын хүчдлийн хэлбэр конденсаторын цэнэгээ алдах хуулийн дагуу өөрчлөгдөнө. Конденсатор цэнэгээ бүрэн алдаж дуусахад гаралтын хүчдэл 0 болно. 5. Одоо оролтонд өгсөн импульс 5v-оос эргэн 0 болоход гаралтанд гарах импульсийн хэлбэр хэрхэн өөрчлөгдөхийг үзье. 8. Хэрэв конденсатор маш удаан цэнэглэгдэж байвал өөрөөр хэлбэл конденсатор бүрэн цэнэглэгдэж амжаагүй байхад оролтын хүчдэл эргэн 0 болж байвал гаралтанд бага зэрэг эвдэрсэн тэгш өнцөгт хэлбэрийн импульс гарна. 7. Конденсаторын цэнэгээ алдаж дуусахад зарцуулах хугацаа t нь шугаман RC хэлхээний хувьд 5RC хугацаатай тэнцүү байна. 9. Дифференциалчлагч хэлхээний оролтонд тэгш өнцөгт импульс өгөхөд цэвэр дифференциалчилж чадвал гаралтанд босоо импульс гарна.
Дифференциалчлагч RC хэлхээ 3 Асуулт: 1. R=100ohm C=1000pF дифференциалчлагч RC хэлхээний оролтонд 5v-ийн далайцтай 1kHz давтамжтай тэгш өнцөгт импульс өгөхөд гаралтанд ямар хэлбэрийн импульс гарах вэ? 2. R=1k C=1000pF дифференциалчлагч RC хэлхээний оролтонд 5v-ийн далайцтай 1kHz давтамжтай тэгш өнцөгт импульс өгөхөд гаралтанд ямар хэлбэрийн импульс гарах вэ? 3. R=1k C=10pF дифференциалчлагч RC хэлхээний оролтонд 5v-ийн далайцтай 10kHz давтамжтай тэгш өнцөгт импульс өгөхөд гаралтанд ямар хэлбэрийн импульс гарах вэ? 4. Дифференциалчлагч RC хэлхээ оролтонд өгсөн тэгш өнцөгт импульсийг дифференциалчилж байхын тулд R, C, тэгш өнцөгт имупльсийн үргэлжлэх хугацаа 3-ыг хэрхэн сонгож авах нь зохистой вэ?
Хагас дамжуулагч 1. Температураас хамааран цахилгаан дамжуулал нь өөрчлөгддөг элементийг хагас дамжуулагч гэнэ. Хамгийн өргөн ашиглагддаг хагас дамжуулагч элемент бол цахиур. Иймээс хагас дамжуулагчийн шинж чанарыг судлаж үзэхийн тулд цахиурыг сонгон авч үзье. Цахиур нь гадаад давхаргадаа 4 электронтой буюу валентын 4 электронтой. 2. Цахиурын атом гадаад давхаргадаа 4 электронтой тул цахиурын өөр 4 атомтай ковалент холбоосыг үүсгэн холбогдоно. 3. Ийм замаар цахиур нь зэргэлдээх атомуудынхаа электронуудыг хамтран ашиглах замаар цахиурын кристаллыг үүсгэдэг
4. Цельсийн 25 градуссд буюу тасалгааны температурт цахиурын кристаллаас электронууд сугаран гарснаар цахиурын кристаллд тодорхой тооны чөлөөт электронууд болон нүх үүснэ. Нүх гэдэгт цахиурын кристаллын бүтцэд электроны байрлах ёстой хоосон зайг ойлгоно. Тасалгааны температурт цахиурын кристаллаас электрон сугаран гарснаар чөлөөт электрон ба нүх үүсэх, чөлөөт электронууд цахиурын кристаллд гарсан нүхэнд эргэн байрлах үзэгдлүүд зэрэг явагдах бөгөөд ингэсний үр дүнд цахиурын кристаллд тодорхой тооны чөлөөт электрон ба нүх байнга үүсэж байх болно. Харин цельсийн –273 градус буюу тэг температурт хагас дамжуулагчид чөлөөт электрон болон нүх үүсэхгүй. Иймээс хагас дамжуулагч элементийн цахилгаан дамжуулал нь температураас шууд хамаардаг байна. 5. Хэрэв хагас дамжуулагчийн хоёр талыг хүчдлийн нэмэх хасах туйлтай холбовол энэхүү чөлөөт электрон болон нүхнүүд жигдрэн хөдөлснөөр хагас дамжуулагчаар гүйдэл гүйнэ. Чөлөөт электронууд хүчдлийн нэмэх туйлын зүг хөдлөх ба харин нүхнүүд нь хасах туйлын зүг шилжинэ. 6. Хагас дамжуулагч дахь нүхнүүд нь хүчдлийн хасах туйлын зүг шилжинэ. Нүх нь цахиурын кристаллд үүссэн электрон байрлах боломжтой хоосон зай. Иймээс нүх өөрөө чөлөөтэй хөдлөх боломжгүй. Нүхэн дамжуулалтыг ерөнхийд нь дараах байдлаар тайлбарладаг. Нүх хүчдлийн нэмэх туйлын ойролцоо гарсан гэж үзье. Тэгвэл тухайн нүхэнд ойр байрлах (хасах туйлтай харьцуулахад ойр байрлах) атомын валентын электрон сугаран гарч энэхүү нүхэнд шилжинэ. Ингэснээр нүх маань шилжиж электроноо алдсан тэр атомд шинээр нүх үүснэ. Дараагийн алхамд энэ нүхэнд түүнтэй ойр байрлах атомын электрон шилжин байрлана. Ингэх замаар нүх шилжсээр хүчдлийн хасах туйлын ойролцоо шилжиж ирнэ. Энэ үед хүчдлийн хасах туйлаас нүхэнд электрон шилжин орж байрлана. Харин нэмэх туйлын ойролцоо байсан атомаас электрон сугаран гарснаар нэмэх туйлын ойролцоо шинээр нүх үүснэ. Энэ нүх дээрх замаар шилжсэнээр хасах туйл уруу шилжинэ. Ийм маягаар нүхэн дамжуулалт явагддаг. Иймээс хагас дамжуулагчийг электрон ба нүхэн гэсэн хоёр төрлийн дамжуулалттай гэж үздэг.
n ба p төрлийнхагас дамжуулагч 1. Тасалгааны температурт буюу 250C-д хагас дамжуулагчид байх чөлөөт электрон болон нүхний тоо маш цөөхөн байдаг учраас цахилгааныг муу дамжуулдаг. Ийм учраас хагас дамжуулагчийн цахилгаан дамжуулах чадварыг нь сайжруулахын зорилгоор түүнд хольц холино. Жишээлбэл цахиурын кристалд гадаад давхраандаа 3 электронтой элемент (жишээлбэл бор) болон гадаад давхараандаа 5 электронтой (жишээлбэл сурьма) зэрэг элементийг холих замаар илүү сайн цахилгаан дамжуулалтай хагас дамжуулагч элементүүдийг гарган авна. 2. Хагас дамжуулагч элементэд (жишээлбэл цахиур) гадаад давхраандаа 5 электронтой элементийг (жишээлбэл сурьмаг) холиход хольсон элементийн нэг электрон нь цахиурын кристаллаас сугаран гарснаар хагас дамжуулагчид чөлөөт электронууд олноор үүсэх ба ийм хагас дамжуулагчийг n төрлийн хагас дамжуулагч гэнэ. Харин n төрлийн хагас дамжуулагчуудыг гарган авах зорилгоор хольсон элементийг (сурьмаг) донор гэнэ. n төрлийн хагас дамжуулагчуудын хувьд голлох цахилгаан дамжуулагч нь чөлөөт электронууд байна. 3. Хэрэв хагас дамжуулагч элементэд (жишээлбэл цахиур) гадаад давхраандаа 3 электронтой элементийг (жишээлбэл борын атом) холивол нүхнүүд олноор үүсэх бөгөөд ингэж гаргаж авсан хагас дамжуулагч элементийг p төрлийн хагас дамжуулагч гэнэ. р төрлийн хагас дамжуулагчийг гарган авахын тулд хольсон элементийг (борын атомыг) акцентор гэнэ.
Хагас дамжуулагчийн энергийн бүсүүд 1. Цахиурын хувьд энергийн 4 төвшинтэй. Энергийн 1 ба 2-р төвшин нь электроноор дүүрсэн байна. Валентын төвшинд цахиурын валентын электронууд байрлана. Харин дамжууллын төвшинд чөлөөт электронууд оршино. Тэг градуссд буюу цельсийн –2730-д хагас дамжуулагчид ямар нэгэн электрон болон нүх байхгүй байна. 2. Харин цельсийн +250-д энергийн валентын төвшнөөс зарим электронууд дамжууллын төвшинд шилждэг. Ингэснээр хагас дамжуулагчийн валентын төвшинд цөөн тооны нүх харин дамжууллын төвшинд мөн тийм тооны чөлөөт электрон үүснэ. Энэ чөлөөт электрон болон нүхний концентрац адилхан байх бөгөөд хагас дамжуулагч дахь цэнэг зөөгчдийн концентраци n2i=AT3exp(–Ego/T). Энд А – пропорционалийн коэффицент, Т – абсолют температур, – Больцманы тогтмол, Ego – абсолют тэг температур дэх валентын ба дамжууллын төвшин хоорондох бүсийн өргөн /энэ бүсийг хориотой бүс ч гэж нэрлэдэг/. Энэ нь цахиурын хувьд 1.21эВ, германы хувьд 0.78эВ байна. Эдгээрийг тооцвол тасалгааны температурт /290К/ байгаа германы хувьд ni21013эл/см3, цахиурын хувьд ni1010эл/см3 концентрацтай цэнэг зөөгчид байна
3. Хагас дамжуулагчид гадаад давхраандаа 5 электронтой элемент болох донорыг холиход тэр нь цахиурын атомтай хамтран цахиурын кристаллыг үүсгэхдээ 1 электрон нь илүүдэж чөлөөт электроныг үүсдэг. Ингэснээр хагас дамжуулагчид хольсон донорын хэмжээтэй тэнцүү тооны чөлөөт электрон үүснэ. Ийм төрлийн хагас дамжуулагчийг n төрлийн хагас дамжуулагч гэнэ. n хагас дамжуулагчийн хувьд цельсийн –2730-д нүхгүй байна. 4. Цельсийн +250-д n хагас дамжуулагчийн валентын төвшинээс тодорхой тооны электронууд сугаран гарснаар валентын төвшинд нүх үүснэ. 5. Хагас дамжуулагчид гадаад давхраандаа 3 электронтой элемент акценторыг холиход нүх үүсдэг. Ийм төрлийн хагас дамжуулагчийг р төрлийн хагас дамжуулагч гэнэ. р хагас дамжуулагчийн хувьд цельсийн –2730-д чөлөөт электронгүй байна. 6. Цельсийн +250-д р хагас дамжуулагчид тодорхой тооны электронууд атомаас сугаран гарч чөлөөт электрон болдог. Өөрөөр хэлбэл валентын төвшинд байсан электрон дамжууллын төвшинд шилжиж дамжууллын төвшинд энергитэй чөлөөт электронуудыг үүсгэдэг.
7. Хагас дамжуулагчийн энергийн дамжууллын ба валентын төвшинг дамжууlлын ба валентын бүс гэж нэрлэдэг бөгөөд тэдгээрийн хоорондох зайг хориотой бүс гэж нэрлэдэг. Өөрөөр хэлбэл хагас дамжуулагчийн дамжууллын бүсд чөлөөт электронууд, валентын бүсд валентын электронууд байрлах ба энэ хоёрын хоорондох хориотой бүсд электрон байхгүй байна. Тэгвэл дээрх 2 төрлийн хагас дамжуулагчуудын хувьд тэдгээрийн дамжууллын болон валентын бүс хэрхэн өөрчлөгдсөнийг зургаас харж болно.
Хагас дамжуулагч диод 1. n болон р төрлийн хагас дамжуулагчийг хооронд нь нийлүүлэн хийсэн элементийг хагас дамжуулагч диод гэж нэрлэдэг. 2. Хоёр өөр төрлийн хагас дамжуулагчийн заагийн орчмын электрон болон нүхнүүд хоорондоо нэвчсэний үндсэн дээр эерэг сөрөг ионууд бүхий муж үүснэ. Үүнийг p-n шилжилт буюу электрон нүхний шилжилт гэнэ. 3. Өөрөөр хэлбэл 2 өөр дамжуулалттай хагас дамжуулагчуудыг хооронд нь нийлүүлэхэд р төрлийн хагас дамжуулагчийн зааг орчим байрлах нэг электрон дутуу атомууд n төрлийн хагас дамжуулагчийн зааг орчмын электронуудыг өөртөө шингээсний улмаас сөрөг цэнэгтэй ионууд, n төрлийн хагас дамжуулагчийн зааг орчим байрлах атомууд өөрсдийн валентын электроныг алдаж нэг электрон дутуу эерэг цэнэгтэй ионуудыг үүсгэнэ. Үүний улмаас хоёр өөр төрлийн хагас дамжуулагчийн зааг дээр потенциал барьер буюу саад үүсдэг. Тасалгааны температурт энэ саадны өндөр нь ойролцоогоор 0.7 вольт /хагас дамжуулагч элементээр цахиурыг сонгон авсан бол ойролцоогоор 0.6-0.7 вольт, германыг сонгон авсан бол 0.2-0.4 вольт орчим байна/ байдаг. Энэ саадны нөлөөгөөр n хагас дамжуулагчид байгаа чөлөөт электронууд p хагас дамжуулагч уруу нэвтэрч чаддаггүй.
Диодны энергийн бүсүүд 1. p ба n хагас дамжуулагчийг хооронд нийлүүлбэл тэдгээрийн зааг орчмын электрон болон нүхнүүд харилцан нэвчилсэний үндсэн эерэг сөрөг цэнэг бүхий ионууд үүснэ. Өөрөөр хэлбэл p хагас дамжуулагчийн гадаад давхараандаа электрон дутуу атомуудад 1 электрон нэмж ирж сууна. Үүнээс шалтгаалан 2 орчны зааг дээр тодорхой потенциалтай саад үүсдэг. Энэ саад нь өргөн нь тасалгааны температурт цахиурын хувьд 0.6-0.7v байна. Харин германы хувьд 0.23-0.3v байна. Энэ саадын улмаас n хагас дамжуулагчид байрлах дамжууллын төвшиний электронууд р хагас дамжуулагчийн муж уруу нэвтэрч чадахгүй. Мөн n хагас дамжуулагчийн валентын төвшиний электронууд р хагас дамжуулагчийн валентын төвшиний нүхнүүдэд шилжиж чадахгүй. 2. Хагас дамжуулагч диодны np шилжилтийн концентрацийн түгэлт, цэнэгийн түгэлт, потенциалын түгэлтийг зурагт үзүүлэв.
Диодыг тэмдэглэх нь 2. Хагас дамжуулагч диод нь гүйдлийг зөвхөн нэг чиглэлд л дамжуулдаг 1. Хагас дамжуулагч диодыг хэлхээнд зурагт дүрсэлсний дагуу тэмдэглэнэ. 3. Өөрөөр хэлбэл хагас дамжуулагч диод нь р-ээс n гэсэн чиглэлд гүйдлийг дамжуулдаг. Тиймээс хагас дамжуулагч диодны р мужийг хүчдлийн нэмэх, n мужийг хүчдлийн хасах туйлтай холбож өгөх хэрэгтэй. Хагас дамжуулагч диодыг хэлхээнд ингэж холбохыг шууд холболт гэнэ. Харин хагас дамжуулагч диод нь n-ээс р уруу гэсэн чиглэлд гүйдлийг дамжуулдаггүй. Тиймээс хагас дамжуулагч диодны р мужийг хүчдлийн хасах, n мужийг хүчдлийн нэмэх туйлтай холбож өгсөн тохиолдолд хагас дамжуулагч диодоор гүйдэл гүйхгүй. Хагас дамжуулагч диодыг хэлхээнд ингэж холбохыг урвуу холболт гэнэ. Иймд хагас дамжуулагч диодыг хэлхээнд шууд холбосон тохиолдолд түүгээр гүйдэл гүйх ба урвуу холбосон тохиолдолд гүйдэл гүйдэггүй байна.
4. Хагас дамжуулагч диодын шууд холболтын үед n хагас дамжуулагчийн дамжууллын бүсд байрлах электронуудын энерги ихэссэнээр (n хагас дамжуулагчийн электронууд р мужийн нэмэх туйлд татагдсанаар) р хагас дамжуулагчийн дамжууллын бүс уруу нэвтрэх боломжтой болно. Ингэснээр диодыг хэлхээнд шууд холбож өгвөл түүгээр гүйдэл гүйдэг байна. Мөн түүнчлэн n хагас дамжуулагчийн валентын бүсийн электронууд р хагас дамжуулагчийн валентын бүсд байгаа нүхнүүдэд шилжсэнээр р хагас дамжуулагчийн нүхнүүд n хагас дамжуулагчийн зүг шилжих боломжтой болно. Ингэж хагас дамжуулагчийг хэлхээнд шууд холбовол түүгээр нүхэн ба электронон дамжуулалт явагдах боломжтой болно. 5. Хагас дамжуулагч диодын урвуу холболтын үед n хагас дамжуулагчийн электронууд n мужийн хүчдлийн нэмэх туйлд татагдсанаар 2 орчны потенциал саадны өргөн ихэснэ. Мөн түүнчлэн n хагас дамжуулагчийн валентын бүсд байрлах электронууд мөн хүчдлийн нэмэх туйлд татагдана. Ингэснээр хагас дамжуулагчийн хэлхээнд урвуу холбовол түүгээр гүйдэл гүйдэггүй байна.
Диодны характеристик 1. Хэрэв хагас дамжуулагч диодны р мужийг нэмэх, n мужийг хүчдлийн хасах туйлтай холбовол n мужийн электронууд хангалттай энергитэй болсноор n-p шилжилтийн потенциал саадыг давж р мужид нэвтрэн орсноор диодоор гүйдэл гүйнэ. Диодыг хэлхээнд ингэж холбосныг шууд холболт гэнэ. Шууд холболтын үед хэрэв диодыг хагас дамжуулагч цахиурыг ашиглан хийсэн бол диод дээр ойролцоогоор 0.7 вольтын хүчдэл унана. Диодны шууд холбтын үеийн вольт амперийн характеристикийг зурагт үзүүлэв. Энд диодон дээр унах хүчдлийн нэмэх муж нь шууд холболтын мужид хамаарах ба энэ үед диод дээр ойролцоогоор 0.7v хүчдэл унана. 2. Хэрэв диодны р мужийг сөрөг, n мужийг хүчдлийн эерэг туйлтай холбоход n мужийн электронууд нэмэх туйлд, p мужийн нүхнүүд хасах туйлд татагдаж p-n шилжилтийн потенциал саадны хэмжээ ихэснэ. Ингэснээр диодоор гүйдэл гүйхгүй. Диодыг хэлхээнд ингэж холбосныг диодны урвуу холболт гэнэ. Диодны урвуу холболтын вольт амперийн характеристикийг 2.28-р зурагт үзүүлэв. Энд диодон дээр унах хүчдлийн хасах муж нь урвуу холболтын мужид хамаарах ба энэ үед диодоор гүйдэл гүйхгүй.
4. Урвуу хүчдлийг хангалттай их хэмжээнд өгөхөд тодорхой нэг утгаас диодод чөлөөт электронууд гэнэт ихээр үүсдэг. Энэ нь гаднаас орж ирсэн хангалттай их энергитэй электрон замдаа тааралдсан атомуудыг мөргөж түүнээс сарнихдаа атомаас валентын электроныг нь сугалан гаргадаг. Энэхүү сугарч гарсан электрон нь хангалттай их энергитэй байх учраас мөн өөрийн замд тааралдсан атомтай мөргөлдөж түүнээс электроныг сугална. Ингэх замаар диодод чөлөөт электрон болон нүх хангалттай ихээр үүснэ. Энэ үзэгдлийг нурангын буюу alavanche эффект гэнэ. • 3. Гэвч бодит тохиолдолд урвуу холболтын үед диодоор гүйдэл гүйдэг. Гэхдээ энэ нь маш бага хэмжээтэй байна. • Урвуу холболтын үед маш цөөн тооны электронууд n-p шилжилтийн мужид байрлах ионуудаас сугаран гарч нэмэх туйлын зүг хөдөлдөг. Энэ электрон сугарч гарснаас үүсэх нүхийг n мужид байрлах электронууд нөхнө. Хүчдлийн хэмжээг ихэсгэхэд мөн энэ гүйдлийн хэмжээ ихэснэ. • Захын атомууд элекроны дутагдалтай учраас диодны зах орчимд нүхнүүд үүссэн байдаг. Тэгвэл эдгээр нүхнүүдийг ашиглан нүхэн дамжуулалт явагдана. Гэхдээ энэ нь бас маш бага хэмжээтэй байна. • 5. Диодны вольт-амперийн характеристикийн муруйнаас дараах дүгнэлтүүдийг хийж болно. Диодны шууд холболтын үед 0.7 вольт орчмоос диод нээгдэж түүгээр гүйдэл гүйнэ. Энэ утгыг диодны босго гэж нэрлэнэ. Хэрэв диодоор гүйх гүйдлийг цаашид ихэсгэвэл диод гүйдлийн тодорхой нэг утганд нэвт цохигдон нээлттэй болно. Энэ үед диодон дахь n-p шилжилтийн муж үгүй болно. Гүйдлийн энэ утгыг burnout гүйдэл гэнэ. Диодны урвуу холболтын үед маш бага хэмжээний гүйдэл гүйх бөгөөд энэ мужийг leakage гэнэ. Хэрэв диодны урвуу холболтын хүчдлийг цаашид нэмвэл хүчдлийн тодорхой нэг утгаас диод нээгдэж диодоор гүйдэл гүйнэ. Үүнийг диодны урвуу хүчдэл буюу breakdown voltage гэнэ. Үүнээс цааш диодоор гүйх гүйдлийг ихэсгэхэд гүйдлийн тодорхой утгаас n-p шилжилт алга болж диод нэвт цохигдон нээгдэнэ. Үүнийг диодоор гүйх гүйдлийн хязгаар буюу burnout гэнэ.
Хагас шулуутгагч 1. Энэ хэлхээг диодны хагас шулуутгагчийн хэлхээ гэнэ. 2. Хагас шулуутгагчийн оролтонд синусойд сигнал өгье. Сигналын нэмэх хэсэгт диод шууд холбогдох тул диодоор гүйдэл гүйх бөгөөд оролтын хүчдэл диод ба эсэргүүцэл дээр хуваагдаж унана. Шууд холболтын үед диод дээр ойролцоогоор 0.7v хүчдэл унах тул эсэргүүцэл дээрх хүчдэл 34v-0.7v=33.3v байна. Харин сигналын хасах хэсэгт диод урвуу холбогдох тул диодооор гүйдэл гүйхгүй учраас эсэргүүцэл дээр унах хүчдэл 0 байна. Иймээс хагас шулуутгагч нь зөвхөн сигналын нэмэх хэсгийг нэвтрүүлдэг байна.
3. Хагас шулуутгагчийн гаралтанд конденсатор нэмж холбое. Сигналын нэмэх хэсэгт диод нээлттэй байх учраас диодоор гүйдэл гүйж конденсатор сигнал пикдээ хүрэх хугацаанд цэнэглэгдэнэ. Сигнал пикээсээ буух үед конденсатор эсэргүүцлээр дамжуулан цэнэгээ алдах тул ачааны хүчдэл багасна. Хэрэв конденсаторын цэнэгээ алдах хурд сигналын пикээсээ буух хурдаас бага бол /өөрөөр хэлбэл конденсатор сигналын үеийн ¼-ээс их хугацаанд цэнэгээ алдаж байвал/ ачаан дээрх хүчдэл конденсаторын цэнэгээ алдах хуулийн дагуу өөрчлөгдөнө. Харин конденсаторын цэнэгээ алдах хурд сигналын пикээсээ буух хурдаас их бол /өөрөөр хэлбэл конденсатор маш хурдан хугацаанд цэнэгээ алддаг бол/ ачааны хүчдэл бараг синусын хуулиар өөрчлөгдөнө. Бидний сонгож авсан жишээ бол эхний тохиолдол буюу конденсатор сигналын үетэй харьцуулахад харьцангуй удаан хугацаанд цэнэгээ алддаг тохиолдлыг авч үзсэн. Сигналын хасах хэсэгт диод хаагдах боловч конденсатор мөн л цэнэгээ алдсаар байна. Сигналын нэмэх хэсэгт диод дахин нээгдэнэ. Ингээд конденсатор сигнал пикдээ хүрэх хугацаанд дахин цэнэглэгдэнэ. Иймээс гаралтын хүчдэл нь дараах хэлбэртэй байна. Энд хэлхээний хугацааны тогтмол нь RC=470F50ohm=23.5ms байна. Иймээс 5RC=5ּ470F50ohm=117.5ms хугацаанд конденсатор цэнэглэгдэх болон цэнэгээ алдана. Тэгвэл сигналын үе нь 16.7ms. Эндээс үзвэл ачааны хүчдэл конденсаторын цэнэгээ алдах процесстой хамааралтайгаар буурна. Иймээс дараагийн сигнал ирэхээс өмнө конденсатор цэнэгийнхээ 30 орчим хувийг л алдах болно. Харин конденсатор цэнэглэгдэхдээ синусын хуулийн дагуу цэнэглэгдэнэ. Учир нь конденсаторын цэнэглэгдэх хурд сигналын үеэс олон дахин их.
4. Ачааны резисторын эсэргүүцлийг 1ком хүртэл нэмэгдүүлье. Энэ үед конденсаторын цэнэгээ алдах хугацаа ихэснэ. Иймээс конденсатор цэнэгээ бараг алдаж амжаагүй байх үед дараагийн нэмэх сигнал ирнэ. Иймд ачаа дээрх хүчдэл нь бараг тогтмол юм шиг байна. Энд хэлхээний хугацааны тогтмол нь RC=470F1kohm=470ms байна. Иймээс 5RC=2350ms хугацаанд конденсатор цэнэглэгдэх болон цэнэгээ алдана. Тэгвэл сигналын үе нь 16.7ms. Иймээс дараагийн сигнал ирэхээс өмнө конденсатор цэнэгээ бараг алдахгүй гэж үзэж болно.
Бүтэн шулуутгагч 1. Үүнийг диодны бүтэн шулуутгагчийн хэлхээ гэнэ. Сигналын нэмэх хэсэгт D1 диод, хасах хэсэгт D2 диод нээгдэнэ. Иймээс ачаа нь дээрх хүчдэл нь дараах хэлбэртэй байна. 2. Бүтэн шулуутгагчийн хэлхээний ачаанд конденсаторыг нэмж холбое. Энэ тохиолдолд сигналын нэмэх хэсэгт D1 диод нээлттэй байна. Сигнал пикдээ хүрэх хугацаанд конденсатор цэнэглэгдэнэ. Сигнал пикээсээ буух үед конденсатор эсэргүүцлээр дамжуулан цэнэгээ алдана. Сигналын хасах хэсэгт D2 диод нээгдэнэ. Ингээд конденсатор сигнал пикдээ хүрэх хугацаанд дахин цэнэглэгдэнэ. Иймээс ачаа дээрх хүчдэл нь дараах хэлбэртэй байна. Энд хэлхээний хугацааны тогтмол нь RC=47050ohm=23.5ms байна. Тэгвэл сигналын үе нь 16.7ms. Иймээс дараагийн сигнал ирэхээс өмнө конденсатор цэнэгийнхээ 30 орчим хувийг л алдах болно. Конденсатор 523.5ms=117.5ms хугацаанд цэнэгээ бүрэн алдана.
Диодны гүүр Энэ хэлхээг диодны гүүр гэж нэрлэнэ. Оролтын сигналын нэмэх хэсэгт D1, D3 диодууд нээлттэй, D2, D4 диодууд хаалттай, хасах хэсэгт D2, D4 диодууд нээлттэй, D1, D3 диодууд хаалттай байна. Иймээс ачаан дээрх хүчдэл нь зурагт үзүүлсэн хэлбэртэй байна. Иймээс оролтын сигналын нэмэх, хасах аль ч хэсэгт 2 диод нээлттэй тул ачаан дээрх хүчдэл нь оролтын хүчдлээс 2 диодон дээр унах хүчдлийн хэмжээгээр багассан байна.
Диодны төрлүүд 1. Light Emitting Diode (LED) Зарим төрлийн хагас дамжуулагч диодуудын хувьд 3-6 вольтын шууд хүчдэл өгөх үед n хагас дамжуулагчийн электронууд потенциал саадыг давж р хагас дамжуулагчийн мужид орохдоо энэ мужид орших электрон дутуу атомуудад шингээгддэг. Иймээс атомууд нь эдгээр n мужаас ирсэн электронуудыг шингээхдээ илүүдэл энергиэ үзэгдэх гэрлийн мужид энергитэй гамма цацруулах замаар алдана. Ингэснээр диод улаан, ногоон г.м өнгөөр гэрэлтэнэ. Ямар өнгөөр гэрэлтэх эсэхийг нь сонгон авсан материалын төрлөөс буюу p хагас дамжуулагчийн сонгон авсан элементээс хамаарна. Иймээс LED-ийг хэлхээнд шууд холбосон үед гэрэлтэнэ. 2. Фотодиод Фотодиод нь диодын n-p шилжилтийн мужийг гэрэлтүүлэхэд энэ мужид байрлах атомын электрон гэрлийг шингээн авснаар атомаас сугарч гарах ба энэ электроны байх ёстой байранд n мужаас электрон нөхөн ирж байрлах үзэгдэлд үндэслэгдэнэ. Жишээлбэл фотодиодыг хэлхээнд урвуу холбосон дараах хэлхээг авч үзье. Фотодиод дээр гэрэл тусгаагүй байх үед түүгээр гүйдэл гүйхгүй. Харин гэрэл тусгавал гүйдэл гүйнэ. Гэрэл тусгасны улмаас фотодиодоор 0.04mA гүйдэл гүйсэн гэж үзвэл фотодиод дээр 10v–100kohm0.04mA=6v хүчдэл унах болно.
3. Варискап Диодны n, p мужийг хоорондоо диэлектрикээр тусгаарлагдсан конденсаторын параллель ялтаснуудтай адилтгаж үздэг диодыг варискап гэнэ. Диодны урвуу хүчдлийг ихэсгэхэд n–p шилжилтийн өргөн ихэснэ. Ингэснээр диодыг конденсатортай адилтгаж үзвэл урвуу хүчдлийг ихэсгэснээр диодны багтаамж багасна. Жишээлбэл 1N5142 диодны хувьд хяналтын хүчдэл V нь 4v байх үед багтаамж нь 15pF байх ба хяналтын хүчдлийг ихэсгэхэд багтаамж буурч 60v болоход 5pF болно. Иймээс варискапыг хэлхээнд урвуу холбосон тохиолдолд урвуу хүчдлийн хэмжээг ихэсгэх, багасгах замаар түүний багтаамжийг өөрчилж болдог конденсатораар төлөөлүүлэн үзэж болно. 4. Скотын диод Энгийн шулуутгагч диод ашигласан хагас шулуутгагчийн хэлхээгээр өндөр давтамжийн гүйдлийг дамжуулахад негатив сүүл үүсдэг. Өөрөөр хэлбэл энгийн хагас дамжуулагч диод ашигласан хагас шулуутгагчийг 1MHz-ээс бага давтамжтай сигналыг шулуутгахад ашигладаг. 1MHz давтамжаас их давтамжтай сигналын хувьд негатив сүүл үүснэ. Скотын диод нь энгийн диодны энэ дутагдлыг арилгах зорилгоор гарч ирсэн бөгөөд 1–300MHz давтамжтай сигналыг шулуутгахад ашиглана.
5. Гүйдэл тогтворжуулагч 1N5305 диод нь 2–100v-ийн тогтмол хүчдэлд 2mA гүйдлийг дамжуулна. Энэ чанарыг нь ашиглан энэ диодыг хүчдэл тогтворжуулагчаар ашиглана. Оролтын хүчдлийг 2-100v болгон өөрчлөхөд гаралтанд 2mA1kohm=2v байна. Энэ хэлхээний хувьд оролтын хүчдлийн давтамжийг 300MHz хүртэл ихэсгэхэд негатив сүүл үүсэхгүй. 6. Step recovery diode Ямар ч давтамжтай сигналыг нэвтрүүлэхэд шүд хэлбэрийн негатив сүүл үүсгэдэг диод. 7. Туннелийн диод Энэ диодны вольт–амперийн характеристик нь дараах хэлбэртэй муруй байна. Эндээс peak point, valley point гэж нэрлэгддэг 2 цэг чухал ач холбогдолтой. Энэ 2 цэгийн хоорондох мужийг негатив эсэргүүцлийн муж гэнэ. Учир нь энэ мужид хүчдлийг ихэсгэхэд гүйдэл багасдаг. Энгийн шулуутгагч диодны хувьд шууд холболтын хүчдлийг ихэсгэхэд диодоор гүйх гүйдэл ихэсдэг. Гэтэл туннелийн диодны хувьд багасдаг муж байдаг байна.
8. Зенер диод Диодны урвуу холболтын үед нурангын эффектээс хамааран хүчдлийн тодорхой утгаас хагас дамжуулагч диодоор гүйх урвуу гүйдлийн хэмжээ огцом өсдөг тухай өмнө үзсэн. Энэ нь электронд хангалттай их энерги өгсөн тохиолдолд уг электрон нэмэх туйлын зүг хөдлөхдөө замдаа тааралдсан атомыг мөргөж түүнээс электроныг сугалан гаргадаг. Энэхүү сугарч гарсан электроны энерги хангалттай их байх үед дахин замдаа тааралдсан атомтай мөргөлдөж электроныг сугалан гаргадаг. Үүний улмаас урвуу холболтын үе дэх урвуу гүйдэл огцом өсөх үзэгдэл юм. Үүнээс гадна маш их донор агуулсан хагас дамжуулагч диодны хувьд урвуу хүчдлийн хэмжээ 5-10 вольт орчим байхад зенер эффект гэдэг үзэгдэл явагддаг. Урвуу холболтын үед n-p шилжилтийн өргөн ихэснэ. Үүний улмаас эерэг сөрөг ионууд бүхий муж хүчдлийн нэмэх хасах туйлд ойртоно. Зенерийн эффект нь n-p шилжилтийн мужид байрлах атомаас электрон сугаран гарч n хагас дамжуулагч уруу орох ба р хагас дамжуулагчид байрлах электронуудаас энэ n-p шилжилтийн мужид байрлах электроноо алдсан эдгээр атомуудад хүрэлцэн ирж нөхөгддөг. Энэ эффект нь урвуу хүчдлийн 4-10 вольтын үед ажиглагдана. Диодны урвуу гүйдлийн энэ эффектэд үндэслэгдсэн хагас дамжуулагч диодыг зенер диод гэнэ.
Биполяр транзистор 1. p-n шилжилт бүхий 2 хагас дамжуулагчаас тогтсон элементийг биполяр \хос туйлт\ транзистор гэнэ. Хагас дамжуулагчуудыг хэрхэн хооронд нь холбосноос нь хамааруулан pnp, npn гэсэн 2 төрлийн биполяр транзистор байна. 2. Транзисторыг коллектор-бааз ба эмиттер-баазын хоорондох 2 диодоос тогтсон дараах схемээр төлөөлүүлэн үзэж болох бөгөөд хэлхээнд дараах байдлаар тэмдэглэнэ. Бааз-эмиттерийн хоорондох диодыг эмиттерийн диод, бааз-коллекторын хоорондох диодыг коллекторын диод гэж нэрлэнэ. 3. npn төрлийн транзистор нь pnp төрлийн транзистороос илүү өргөн ашиглагдах тул npn транзисторыг сонгон авч тайлбарлая. Ерөнхийдээ энэ хоёр транзисторын ажиллах зарчим нь төстэй тул аль нэгнийх нь үйл ажиллагааг мэдсэн тохиолдолд нөгөөг нь бас мэдэх боломжтой.
npn транзистор 1. NPN транзисторын баазын муж буюу р мужийн валентын бүсд сул нүх, эмиттер болон коллекторын муж буюу n мужийн дамжууллын бүсд чөлөөт электронууд байрлана. 2. Хэрэв баазыг тэжээлийн хасах, коллекторыг нэмэх туйлтай холбовол бааз дах нүхнүүд хасах туйл уруу татагдаж, коллекторт байрлах сул электронууд нэмэх туйл уруу татагдана. Энэ нь коллекторын диодын хувьд урвуу холболт тул коллекторын мужид орших электронууд бааз уруу нэвтрэх боломжгүй бөгөөд энэ хоёрын хоорондох потенциал саадны өргөн ихэснэ
3. Хэрэв баазыг тэжээлийн нэмэх, эмиттерийг хасах туйлтай холбовол эмиттерт байрлах сул электронууд нэмэх туйл уруу татагдаж баазад нэвтрэн орно. Өөрөөр хэлбэл энэ холболт нь эмиттерийн диодын хувьд шууд оролт тул эмиттерийн дамжууллын бүсд байсан электронууд баазад нэвтрэн орно. Баазын мужид орсон эдгээр электронуудын хувьд коллектор уруу орох болон баазын нүхнүүдэд шилжин байрлах гэсэн 2 боломж байна. Гэхдээ коллекторын диод урвуу холбогдсон байгаа тул эмиттерээс баазад орсон электронууд аль болох бага энергитэй төлөв болох коллектор уруу орох эрмэлзэлтэй байна. Ийнхүү транзистороор гүйдэл гүйнэ. Тэгэхээр npn транзистораар гүйдэл гүйлгэхийн тулд эмиттерийн диодыг шууд, коллекторын диодыг урвуу холбож өгөх хэрэгтэй. Үүний тулд эмиттерт баазтай харьцуулахад хасах, коллекторт баазтай харьцуулахад нэмэх хүчдлийг өгнө. 4. Ингэж npn хагас дамжуулагчаар гүйдэл гүйхээс гадна эмиттерээс баазад орсон электроны цөөхөн хэсэг нь баазын нүхнүүдэд шилжиж улмаар баазаар нүхэн дамжуулалт явагдах боломжтой болдог. Ингэснээр баазаар бага хэмжээний гүйдэл гүйнэ.
5. Гэхдээ эмиттерээс баазад орсон электронуудын ихэнх нь шууд коллекторын мужид ордог бөгөөд цөөн тооны электронууд баазын нүхнүүдэд шилжин байрласнаар баазаар нүхэн дамжуулалт явагдана. Иймээс эмиттерээр гүйх гүйдэл нь бааз болон коллектороор хуваагдаж гүйнэ. Зурагт транзистораар гүйх электроны урсгалын чиглэлийг үзүүлжээ. 6. Баазаар гүйх гүйдэл маш бага байх буюу эмиттерийн гүйдлийн ихэнх нь коллектороор дамжин гарах тул эмиттерийн гүйдэл, коллекторын гүйдэл нь ойролцоогоор тэнцүү байна. Харин коллекторын гүйдэл, баазын гүйдэл хоёрын хоорондох харьцааг транзисторын гүйдэл өсгөлтийн коэффицент (=IC/IB) гэнэ. Энэ нь тухайн транзисторын хувьд тогтмол хэмжигдэхүүн байна. Зурагт транзистораар гүйх гүйдлийн чиглэлийг зурсан байна.
7. Баазын гүйдэл нь коллекторын гүйдлээс дахин бага байдаг шинж чанарыг ашиглан транзисторыг баазын гүйдлээр нь удирдаж болдог усны хоолойтой адилхан гэж үзэж болно. Хэрэв баазын гүйдлийг 0 болгочихвол коллектороор гүйдэл гүйхгүй. 8. Баазын гүйдлийг ихэсгэхэд коллекторын гүйдэл мөн ихэснэ. Өөрөөр хэлбэл коллектораар ямар хэмжээний гүйдэл гүйлгэхийг баазаар нь удирдаж өгч болно. 10. Иймээс транзисторыг дараах гурван төлөвт ажилладаг гэж үзнэ. Нэгд. Баазын гүйдлийг тэг болгоход коллектораар гүйдэл огт гүйхгүй болох ба транзисторын энэ төлвийг хэрчилтийн төлөв гэнэ. Хоёрт. Баазын гүйдлийг ихэсгэх замаар коллекторын гүйдлийн хэмжээг тохируулж болж байгаа транзисторын төлвийг ажлын буюу идэвхтэй төлөв гэнэ. Гуравт. Баазын гүйдлийг ихэсгэхэд коллекторын гүйдэл ихсэх ба коллекторын гүйдэл тодорхой нэг утганд хүрээд ханана. Энэ үеэс хойш баазын гүйдлийг хичнээн ихэсгэсэн ч коллекторын гүйдэл өөрчлөгдөхгүй ба транзисторын төлвийг ханалтын төлөв гэнэ. 9. Баазын гүйдлийг ихэсгэх замаар коллекторын гүйдлийг ихэсгэх бөгөөд коллекторын гүйдэл тодорхой нэг утганд хүрээд ханана. Өөрөөр хэлбэл коллекторын гүйдэл хамгийн их утгандаа хүрнэ. Энэ үеэс эхлэн баазын гүйдлийг хичнээн ихэсгэсэн ч коллекторын гүйдэл өөрчлөгдөхгүй.
11. Биполяр транзисторыг хэлхээнд дараах гурван байдлаар холбоно. Өөрөөр хэлбэл транзисторын коллекторын диодыг урвуу, эмиттерийн диодыг шууд холбохын тулд транзисторыг хэлхээнд дараах 3 байдлаар холбож болно. 12. Транзисторын эмиттерийн хэсгийг диодоор, коллекторын хэсгийг Ib гүйдэл үүсгэгчээр орлуулсан дараах загвараар төлөөлүүлж болно. 13. Транзисторын ерөнхий эмиттертэй хэлхээний хувьд эмиттер, бааз, коллектороор гүйх гүйдэл (ie, ib, ic) болон транзисторын бааз, эмиттер, коллектор дээрх хүчдэл (Vb, Ve, Vc), коллектор-эмиттерийн хоорондох хүчдэл (Vce) зэргийг тооцоолон ольё. Ve=0 Vbe=0.7v Vb=Ve+Vbe=0+0.7v=0.7v Ib=(Vbb-Vb)/Rb=(Vbb-0.7v)/Rb Ic=βּIb Ie=Ib+Ic Vc=Vcc-IcּRc Vce=Vc-Ve=Vc 14. Хэрэв баазын гүйдэл 0 гарвал транзисторыг хэрчилтийн төлөвт байна гэж үзнэ. Энэ үед ib=0 ic=0 Vc=Vce=Vcc байна. 15. Хэрэв коллекторын хүчдэл 0-ээс бага гарвал транзистор ханалтын төлөвт байна гэж үзнэ. Энэ үед ic=Vcc/Rc Vc=Vce=0 байна. 16. Коллекторын гүйдэл, коллекторын хүчдэл 0-ээс их бол транзистор ажлын төлөвт байна. Энэ үед Ic=βּIb Vce= Vc=Vcc-IcּRcбайна.
Эмиттерийн эсэргүүцэлтэй хэлхээ Vb=Vbb Ve=Vb-0.7v=Vbb-0.7v Ie=Ve/Re=(Vbb-0.7v)/Re IcIe Ib=Ic/b Vc=Vcc-IcּRc Vce=Vc-Ve Vce(max)=Vcc-Ve Ic(max)=Vce(max)/Rc Транзисторын эмиттерийг эсэргүүцлээр дамжуулан газартай холбосон дараах хэлхээг эмиттерийн эсэргүүцэлтэй хэлхээ гэнэ. 1. Хэрэв коллекторын гүйдэл 0 гарвал транзисторыг хэрчилтийн төлөвт байна гэж үзнэ. Энэ үед ic=0 Vc=Vce=Vcc-(Vbb-0.7v) байна. 2. Хэрэв коллектор-эмиттерийн хоорондох хүчдэл 0-ээс бага гарвал транзистор ханалтын төлөвт байна гэж үзнэ. Энэ үед ic=(Vcc-Vbb+0.7v)/Rc ба Vce=0 байна. 3. Коллекторын гүйдэл, коллектор-эмиттерийн хоорондох хүчдэл 0-ээс их бол транзистор ажлын төлөвт байна. Энэ үед Ic=Ie ба Vce= Vc-Ve байна.
