ELEMENTY ELEKTRONICZNE

(1)

ELEMENTY

ELEKTRONICZNE

dr inż. Piotr Dziurdzia

paw. C-3, pokój 413; tel. 617-27-02, piotr.dziurdzia@agh.edu.pl

dr inż. Ireneusz Brzozowski

paw. C-3, pokój 512; tel. 617-27-24, ireneusz.brzozowski@agh.edu.pl

TRANZYSTOR BIPOLARNY

EiT 2014 r. PD&IB 2

(2)

TRANZYSTOR BIPOLARNY

WSTĘP

EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne - tranzystor bipolarny 3

Czy wiesz, że……: …. do niedawna tranzystor bipolarny był najpowszechniej stosowanym elementem półprzewodnikowym, wypowiadając słowo

„tranzystor” rozumiano, że chodzi o tranzystor bipolarny.

…. prąd płynący między dwiema końcówkami tranzystora bipolarnego jest regulowany przez stosunkowo niewielki prąd płynący przez trzecią końcówkę.

B C

E pnp B

C

E npn

…. w tranzystorze bipolarnym w przepływie prądu biorą udział zarówno elektrony jak i dziury.

TRANZYSTOR BIPOLARNY

WSTĘP

Jak to było z diodą……?:

U

^D

I

^D

T p

n

R ^L

T

Inne sposoby zwiększania prądu

unoszenia ……???

(3)

p n

R ^C

p+

E C

E E

R E

I

^E

I

^B

I

^C

E MITTER B ASE C OLLECTOR

W ^b

wstrzykiwanie dziur

unoszenie dziur

I

^C

U

BC

I

^E

W dobrym tranzystorze pnp prawie wszystkie dziury wstrzykiwane z emitera do bazy są unoszone i zbierane w kolektorze. Temu założeniu sprzyja spełnienie warunków wąskiej bazy (W

b

<<L

p

) oraz długiego czasu życia dziur τ

p

.

TRANZYSTOR BIPOLARNY

WSTĘP

n p

R C p+

E C

E E

R E

I

^E

I

^B

I

^C

E MITTER B ASE C OLLECTOR

W b

wstrzykiwanie dziur

unoszenie dziur

Na przepływ prądu bazy składają się:

1. Prąd elektronów rekombinujących z dziurami w bazie.

2. Prąd elektronów wstrzykiwanych do emitera pomimo mimo, że emiter jest silniej domieszkowany niż baza.

3. Niewielki prąd elektronów (powstających w wyniku generacji termicznej) wpływający do

bazy od strony zaporowo spolaryzowanego złącza kolektorowego.

(4)

TRANZYSTOR BIPOLARNY

BILANS PRZEPŁYWU DZIUR I ELEKTRONÓW

p+ n p

i

^E

i

^C

i

^B

i

^En

i

^Ep

3

przepływ elektronów

5 4

za: „Przyrządy półprzewodnikowe”, Ben G. Streetman

1

wstrzykiwane dziury tracone na rekombinację w bazie

2

dziury osiągające złącze kolektora spolaryzowanego zaporowo

3

cieplna generacja elektronów i dziur tworzących prąd nasycenia złącza kolektora spolaryzowanego zaporowo

4

elektrony dostarczane przez kontakt bazy i rekombinujące z dziurami

5

elektrony wstrzyknięte do emitera poprzez złącze

1 2

przepływ dziur

TRANZYSTOR BIPOLARNY

WSPÓŁCZYNNIKI WZMOCNIENIA PRĄDOWEGO

przepływ dziur

p+ n p

przepływ elektronów

i

^E

i

^C

i

^B

i

^En

i

^Ep

1 2

4 3 5

za: „Przyrządy półprzewodnikowe”, Ben G. Streetman Ep

C

Bi

i 

Współczynnik transportu bazy (jaka część wstrzykniętych dziur dotarła za pośrednictwem bazy dotarła do kolektora

Ep En

Ep

i i

i

 



Współczynnik sprawności wstrzykiwania emitera





 

 B

i i

Bi i i

Ep En

Ep E

C Wzmocnienie

prądowe między emiterem a kolektorem

     

 



Ep En Ep



Ep En Ep Ep

En Ep B

C

i i i B

i i i B i B i

Bi i

i





 



 

/ 1

 

Ep En

B

i B i

i   1 

 





 _

 

1 1 B

B i i

B C

t p



 

(5)

Przykład:

10V p

n p+

i

^C

100kΩ

u

^BE

u

^CE

_100V

5kΩ

i

^B

i

^E

C

E B

p

 s

  10

t

 s

  0 . 1

 100



t p B

C

i i



 

k mA I

_B

V 0 . 1

100 10 

 

mA I

I

_C

 

_B

 10

i

^b

[mA]

0.05 t i

^c

[mA]

5 t

TRANZYSTOR BIPOLARNY

STRUKTURY TRANZYSTORÓW BIPOLARNYCH

B E C

npn

n+ p n

E C

B

B E C

pnp

p+ n p

E C

B

E- emiter B – baza C - kolektor

(6)

TRANZYSTOR BIPOLARNY

PASMOWY MODEL ENERGETYCZNY TRANZYSTORA

C

p n+

B E

n

z polaryzacją

E B C

bez polaryzacji qUEB

-qUCB

TRANZYSTOR BIPOLARNY

KONFIGURACJE PRACY TRANZYSTORA BIPOLARNEGO

B E OB C

u

^WY

u

^WE

B C

E u

^WY

u

^WE

OE

B

C E

u

^WY

u

^WE

OC

(7)

B E C

E

^EB

E

^CB

aktywny normalny

B E C

E

^EB

E

^CB

odcięcia

B E C

E

^EB

E

^CB

aktywny inwersyjny

B E C

E

^EB

E

^CB

nasycenia

TRANZYSTOR BIPOLARNY

MODEL EBERSA-MOLLA

B C E

npn

u

^BE

E C

B

u

^BC

i

^E

i

^C

i

^B

i

^F

i

^R

α

^R

i

^R

α

^F

i

^F











 













 



1

^C ^T

1

BC T

E BE

U n

u CS U

n u ES F

C

I e I e

i 











 













 





1

^C ^T

1

BC T

E BE

U n

u CS R U

n u ES

E

I e I e

i 

(8)

n

^E

, n

^C

– współczynniki nieidealności złącza emiterowego i kolektorowego

α

^R

– stałoprądowy współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora w konfiguracji OB przy aktywnej pracy inwersyjnej

I ES – prąd rewersyjny nasycenia złącza emiterowego przy zwartym złączu kolektorowym

R F C CS

I I









1

0

I CS – prąd rewersyjny nasycenia złącza kolektorowego przy zwartym złączu emiterowym

R F E ES

I I









1

0

α

^F

– stałoprądowy współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora w konfiguracji OB przy aktywnej pracy normalnej

0 C E F

C

I I

I







E C C

F

I

I I

 ₀





TRANZYSTOR BIPOLARNY

MODEL EBERSA-MOLLA

I S – transportowy prąd nasycenia

tożsamość Onsagera

S CS R ES

F

I



 I



I



równania E-M uzależnione tylko od trzech parametrów











 













 



1

^C ^T

1

BC T

E BE

U n

u

R U S

n u S

C

I e

e I

i 











 













 





1

^C ^T

1

BC T

E BE

U n

u S U

n u

F S

E

I e I e

i 

TRANZYSTOR BIPOLARNY

MODEL EBERSA-MOLLA

(9)

Jeżeli zdefiniujemy przez

i

F prąd przewodzenia diody emiterowej przy pracy aktywnej normalnej, oraz przez

i

R prąd diody kolektorowej dla aktywnej pracy inwersyjnej:

To otrzymamy równania E-M w postaci:











 











 

 Ê^BE^T ⁿÊ^BEÛ^T

u ES U

n u ES

F

I e I e

i 1











 

 ^E ^T

1

BC U n

u CS

R

I e

i

R R F

E i i

i    

R F F

C i i

i   

B C E

npn

u

^BE

E C

B

u

^BC

i

^E

i

^C

i

^B

i

^F

i

^R

α

^R

i

^R

α

^F

i

^F

C

^jbe

C

^jbc

C

^dbc

C

^dbe

TRANZYSTOR BIPOLARNY

MODEL EBERSA-MOLLA

(10)

TRANZYSTOR BIPOLARNY

CHARAKTERYSTYKI W KONFIGURACJI OE

Charakterystyki wejściowe

U

^BE

I

^B

^U

CE1

U

^CE2

U

^CE1

<U

^CE2



_BE



_U _const_.

B

f U

CE

I 

_

I

^C

U

^BE

U

^CE

I

^E

B I

^B

E E

C

Charakterystyki przejściowe

 

_B _U _const_.

C

f I

CE

I 

_

I

^C

U

^BE

U

^CE

I

^E

B I

^B

E E

C

I

^B

I

^C

U

^CE1

U

^CE2

U

^CE1

<U

^CE2

TRANZYSTOR BIPOLARNY

CHARAKTERYSTYKI W KONFIGURACJI OE

(11)

Charakterystyki wyjściowe



_CE



_I _const_.

C

f U

B

I 

_

U

^CE

I

^C

I

^B1

I

^B1

<I

^B2

…

I

^B2

I

^B3

I

^B4

I

^C

U

^BE

U

^CE

I

^E

B I

^B

E E

C

EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne - tranzystor bipolarny: wzmacniacz 22

Określanie punktu pracy Q

I

^C

U

^BE

U

^CE

I

^E

I

^B

u

^we

R ^C

+U CC

R ^B

u

^wy

BE B B

CC

I R U

U   

B BE CC

B

R

U I  U 

CE C C

CC

I R U

U   

B

C

I

I   

C C CC

CE

U I R

U   

TRANZYSTOR BIPOLARNY

ANALIZA WZMACNIACZA W KONFIGURACJI OE

(12)

IC

R

B

u^wy

R

C

IE

IB

uwe

Wpływ wyboru punktu pracy na właściwości wzmacniające wzmacniacza

U

^CE

I

^C

U

^BE

I

^B

Q(UCE, IC) Q(IB, IC)

Q(IB, UBE)

-1/RC

TRANZYSTOR BIPOLARNY

ANALIZA WZMACNIACZA W KONFIGURACJI OE

IC

R

^B

uwy

R

C

IE

I^B uwe

Punkt pracy zapewniający maksymalną dynamikę zmian napięcia wyjściowego

U

^CE

I

^C

Q(UCE, IC)

U

^BE

I

^B

Q(IB, IC)

Q(IB, UBE)

-1/RC

TRANZYSTOR BIPOLARNY

ANALIZA WZMACNIACZA W KONFIGURACJI OE

(13)

IC

R

B

u^wy

R

C

IE

IB

uwe

Przesterowanie wzmacniacza

U

^CE

I

^C

Q(UCE, IC)

U

^BE

I

^B

Q(IB, IC)

Q(IB, UBE)

-1/RC

IC

R

^B

uwy

R

C

IE

I^B uwe

Punkt pracy skutkujący wchodzeniem wzmacniacza w obszar nasycenia

U

^CE

I

^C

Q(UCE, IC)

U

^BE

I

^B

Q(IB, IC)

Q(IB, UBE)

-1/RC

TRANZYSTOR BIPOLARNY

ANALIZA WZMACNIACZA W KONFIGURACJI OE

(14)

IC

R

B

u^wy

R

C

IE

IB

uwe

Punkt pracy skutkujący wchodzeniem wzmacniacza w obszar odcięcia

U

^CE

I

^C

Q(UCE, IC)

U

^BE

I

^B ^Q(I^B^{, I}^C⁾

Q(IB, UBE)

-1/R^C

TRANZYSTOR BIPOLARNY

ANALIZA WZMACNIACZA W KONFIGURACJI OE

IC

R

B

uwy

R

C

IE

I^B

uwe

Stany pracy tranzystora w polu charakterystyk wyjściowych

U

^CE

I

^C

Q(U^CE, I^C) -1/RC

P

^max

=I

^C

U

^CE

obszar nasycenia obszar odcięcia obszar aktywny

TRANZYSTOR BIPOLARNY

ANALIZA WZMACNIACZA W KONFIGURACJI OE

(15)

PRZEŁĄCZANIE TRANZYSTORA

BIPOLARNEGO

EiT 2014 r. PD&IB 29

EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne - tranzystor bipolarny: przełączanie 30

i

c

u

ce

i

b

e

g

R ^c +U ^CC

R b

BEP b B

F

I R U

E   

b BEP F

B

R

U I  E 

CE c C

CC

I R U

U   

B

C

I

I   

c C CC

CE

U I R

U   

PRZEŁĄCZANIE TRANZYSTORA BIPOLARNEGO

u

b EF

-ER

e

g

EF

-ER

e

g

u

ce

t

(16)

PRZEŁĄCZANIE TRANZYSTORA BIPOLARNEGO

i

c

u

ce

i

b

e

g

R c

+U ^CC

R b

u

b EF

-ER

e

g

U

^CE

I

^C

-1/RC

U

CC

U

CC

/R

C

U

CEsat

b BEP F

BF

R

U I  E 

c CC

c CEsat CC

CM

R

U R

U

I  U  

PRZEŁĄCZANIE TRANZYSTORA BIPOLARNEGO

 

 



 

 







 







 

 



  

 

 



  



R T

F F

B C

R R B C r T

CEsat

U

I I I I U

U 



 

 1

1 ln 1

1 1

ln

Q _B Q _S

n _B (x)

n

B

(0)

n

_B

(x

_B

)

x

_B

0

t B C

I Q

 

B BF

B

I

Q  

 

  

B C

BF t

I I

  dt dQ t Q

i

^B

BF B

B  



równanie kontrolne ładunku bazy dla pracy aktywnej

  dt

dQ dt dQ Q t Q

i

^B ^S

S S BF

B

B    



równanie kontrolne ładunku bazy dla stanu nasycenia

(17)

EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne - tranzystor bipolarny: przełączanie 33 za: „Układy elektroniczne cz. II Układy analogowe nieliniowe i impulsowe”, J. Baranowski, G. Czajkowski

E

g EF

-ER

t

EF

RbCb

u

b

-ER

ib(0)=(EF+ER)/Rb

i

b

i

c

t

t u

ce

UCC

R C

+U ^CC

R B

e

g

u

b

u

ce

 1



 

CM BF

BG BF

F

I

I I K I

je jc

b

C C

C  ||

 

b R F

b

R

E i 0  E 



CM BG

I  I

PRZEŁĄCZANIE TRANZYSTORA BIPOLARNEGO

E

g EF

-ER

t

EF

RbCb

u

b

-ER

UBEP

IBF RbCb

ib(0)=(EF+ER)/Rb

i

b

i

c ICM

t

t u

ce

td

UCC

R ^C +U CC

R ^B

e

g

u

b

u

ce

βIBF

UCEsat

tr F BEP

R F b b

d

E U

E C E

R

t 

 ln  czas opóźnienia

czas narastania

 

ln 1

 



F F jc c t

r

K

C K

R

t

t 

(18)

PRZEŁĄCZANIE TRANZYSTORA BIPOLARNEGO

E

g EF

-ER

t

EF

RbCb

u

b

-ER

UBEP

RbCb

(IBF+IBR)RBF

RbCb

-IBR

IBF RbCb

ib(0)=(EF+ER)/Rb

i

b

i

c ICM

t

t u

ce

βIBF

βIBR

td tr ts tf

UCEsat

UCC

R ^C +U ^CC

R B

e

g

u

b

u

ce

BR CM

BR BF S s

I I I t I



 



 ln

czas magazynowania

PRZEŁĄCZANIE TRANZYSTORA BIPOLARNEGO

E

g EF

-ER

t

EF

RbCb

u

b

-ER

UBEP

RbCb

(IBF+IBR)RBF

RbCb

-IBR

IBF RbCb

ib(0)=(EF+ER)/Rb

i

b

i

c ICM

t

t u

ce

βIBF

βIBR

td tr ts tf

UCEsat

UCC

R ^C +U CC

R ^B

e

g

u

b

u

ce

 

BR BG BR jc c t

f

I

I C I

R t

t 



  ln

czas opadania

t_t – czas przelotu

(19)

E

g EF

-ER

t

EF

RbCb

u

b

-ER

UBEP

RbCb

(IBF+IBR)RBF

RbCb

-IBR

IBF RbCb

ib(0)=(EF+ER)/Rb

i

b

i

c ICM

t

t u

ce

βIBF

βIBR

td tr ts tf

UCEsat

UCC

R ^C +U ^CC

R B

e

g

u

b

u

ce

r d

ON

t t

t  

czas włączenia

czas wyłączenia

f s

OFF

t t

t  

TRANZYSTOR BIPOLARNY

MODELE i PARANETRY MAŁOSYGNAŁOWE

EiT 2014 r. PD&IB 38

(20)

MODEL MAŁOSYGNAŁOWY – CEL

Tranzystor to element nieliniowy

Rysunek zaczerpnięto z: W. Marciniak „Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone”, WNT 1979

Nieliniowe charakterystyki

Charakterystyki tranzystora bipolarnego

dla pracy w układzie wspólnego emitera ⁽ ¹⁾ ⁽ ¹⁾

) 1 ( ) 1 (













T BC T

BE

T BC T

BE

mU u CS nU u ES N C

mU u CS I nU u ES E

e I e I i

e I e

I i



Model Ebersa-Molla dla tranzystora bipolarnego npn

Nieliniowy model

E IE IC

IB

U_BE U_BC

C

B

I II N IN

IN II

MODEL MAŁOSYGNAŁOWY – CEL tranzystor w obwodzie

G

E C

B

(21)

IE IC

IB

UBE UBC

I II

N IN

IN II

tranzystor w obwodzie

G

E C

B

I

_C

(t) = ?

R_C

U_Z R_B

Uwe(t)= Awesin(t)











 

 



 











 

 



 











 

 



 











 

 



 



1 exp 1 exp

T BC CS T BE ES N C

T CS BC I T ES BE E

mU I U nU Uu I I

mU I U nU I U I



Proste oczko.

Kto je policzy?

Model nieliniowy (np.: Ebersa-Molla) jest niewygodny do analiz tranzystora w większych układach elektronicznych

MODEL MAŁOSYGNAŁOWY – JAK?

Tranzystor – element nieliniowy

Rysunek zaczerpnięto z: W. Marciniak „Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone”, WNT 1979 Charakterystyki tranzystora bipolarnego

dla pracy w układzie wspólnego emitera

Liniowy model Jak to zrobić ?

Wokół punktu pracy PP linearyzacja charakterystyk model zbudowany z elementów liniowych

(ale z pewnymi ograniczeniami) PP

PP

(22)

MODEL MAŁOSYGNAŁOWY tranzystor jako czwórnik aktywny

E C B

i

_C

= I

_C

+ i

_c

i

_B

= I

_B

+ i

_b u_BE=U_BE+u_be

u

_CE

=U

_CE

+u

_ce

U

_CC

U

_BE

R

_C

u

_we

Punkt pracy w obszarze aktywnym

składowa stała

składowa zmienna - małosygnałowa

u_BE i_C

U_BE I_C

U_BE+ u_be IC + ic i_c

R

_C

u

_ce u_be

R

_g

u

_g

i

_b

i

_c

Dla sygnałów zmiennych o małej amplitudzie tranzystor zastąpimy czwórnikiem liniowym

linearyzacja ch-ki

CZWÓRNIK LINIOWY powtórka z Teorii obwodów

W ogólnym przypadku:

czwórnik liniowy U

₂

U

₁

I

₁

I

₂

Równania impedancyjne:

U

₁

= Z

₁₁

I

₁

+ Z

₁₂

I

₂

U

₂

= Z

₂₁

I

₁

+ Z

₂₂

I

₂

Równania admitancyjne:

I

₁

= Y

₁₁

U

₁

+ Y

₁₂

U

₂

I

₂

= Y

₂₁

U

₁

+ Y

₂₂

U

₂

Równania mieszane (hybrydowe):

U

₁

= H

₁₁

I

₁

+ H

₁₂

U

₂

I

₂

= H

₂₁

I

₁

+ H

₂₂

U

₂

(23)

dla MAŁYCH SYGNAŁÓW

Małe sygnały – oznaczenia: małe litery z małymi indeksami

Równania impedancyjne:

u

₁

= z

₁₁

i

₁

+ z

₁₂

i

₂

u

₂

= z

₂₁

i

₁

+ z

₂₂

i

₂

Równania admitancyjne:

i

₁

= y

₁₁

u

₁

+ y

₁₂

u

₂

i

₂

= y

₂₁

u

₁

+ y

₂₂

u

₂

Równania hybrydowe:

u

₁

= h

₁₁

i

₁

+ h

₁₂

u

₂

i

₂

= h

₂₁

i

₁

+ h

₂₂

u

₂

i1 z11 i2

u1 u2

z22

z12 i2 z21 i1

i1 i2

u1 u2

y12 u2 y21 u1

y22

y11

i2

u1 h21 i1 h22u2

i1 h¹¹ h12 i2

MODEL HYBRYDOWY parametry dla WE

• impedancja wejściowa

przy zwartym wyjściu (dla składowej napięcia zmiennego na wyjściu)

• wsteczna transmitancja napięciowa

przy rozwartym wejściu (rozwarte źródło prądu zmiennego na wejściu)

• transmitancja prądowa - wzmocnienie prądowe

przy zwartym wyjściu (dla składowej napięcia zmiennego na wyjściu)

• admitancja wyjściowa

przy rozwartym wejściu (rozwarte źródło prądu zmiennego na wejściu)

i2

u1 h21 i1 h22u2

i1 h¹¹ h12 i2

e b u

be

const B U BE

u

i h u i

u i h u

ce CE

11 0 1 0

1 11

2



 





e cei be

const CEI BE

i

u h u u

u u h u

b B

12 0 2 0

1 12

2



 





e bu c

const BU C

u

i h i i

i i h i

CE ce

21 0 0

1 2 21

2



 





e cei c

const CEI C

i

u h i u

i u h i

b B

22 0 2 0

2 22

1



 

 



E E

B C

(24)

MODEL HYBRYDOWY

parametry dla różnych konfiguracji

WE WB WC

1+

MODEL FIZYCZNY

Pewne odwzorowanie zjawisk fizycznych zachodzących w tranzystorze – schemat zastępczy

„Nietypowa” charakterystyka przejściowa i_C = f(u_BE)

uBE

i_C

U_BE I_C ^PP

• Transkonduktancja – wpływ wejścia na wyjście

• Transkonduktancja zwrotna – wpływ napięcia wyjściowego na wejście

• Konduktancja wejściowa – cha-ka wejściowa (tranzystor „od wejścia”)

• Konduktancja wyjściowa – cha-ka wyjściowa (tranzystor „od wyjścia”)

const U BEU C m

CE BE

u g i

 

 

,

const U CEU B r

CE BE

u g i

 

 

,

const U BEU B

CE BE

u g i

 

 

,



const U CEU C o

CE BE

u g i

 

 

,

g_m

ch-ka przejściowa

ch-ka zwrotna

ch-ka wejściowa

ch-ka wyjściowa

(25)

hybryd- dla OE

B C

E E

g

_m

u

_be

g

_o

 g

_ce

Ch-ki tranzystora bipolarnego dla OE

• od strony wyjścia: źródło prądowe sterowane sygnałem z wejścia: g

_m

u

_be

• od strony wejścia: konduktancja wejściowa: g

_

 g

_be

• od strony wyjścia: konduktancja wyjściowa: g

_o

 g

_ce

u

_ce

i

_c

g

_

 g

_be

i

_b

u

_be

UPROSZCZONY

g

_m

u

_b'e

u

_b'e

MODEL FIZYCZNY hybryd-  dla OE

B C

E E

g

_o

 g

_ce

Ch-ki tranzystora bipolarnego dla OE

• od strony wyjścia: źródło prądowe sterowane sygnałem z wejścia: g

_m

u

_be

• od strony wejścia: konduktancja wejściowa: g

_

 g

_be

• od strony wyjścia: konduktancja wyjściowa: g

_o

 g

_ce

• od strony wejścia: rezystancja obszaru bazy: r

_bb‘

• z wejścia na wyjście bezpośrednio: sprzężenie rezystancyjne baza-kolektor: r

_b'c

• pojemność złącza emiterowego C

_b‘e

i pojemność złącza kolektorowego C

_b'c

C

_

 C

_b'c

C

_b'e

u

_ce

i

_c

r

_bb' B'

g

_

 g

_b'e

r

_b'c

i

_b

u

_be

PEŁNY

(26)

MODEL hybryd-  dla OE wyznaczanie parametrów ⁽¹⁾

Transkonduktancja g _m

• z definicji: czyli nachylenie „nietypowej” ch-ki przejściowej I

_C

= f(U

_BE

)

• z punktu pracy:

różniczkując prąd diody emiterowej z modelu Ebersa-Molla:

i uwzględniając prąd kolektora (I

_C

=  I

_E

):

BE m C

U g I



 

T E

E BE

E

m

n U

I U

g  I

_







( )

) 1

( 

 ^E ^T

BE U n

U ES

E I e

I

uproszczona zależność

 – wsp. wzm. prądowego dla OB nE – wsp. nieidealności złącza emiterowego U_T – potencjał elektrotermiczny

IC – stały prąd kolektora polaryzujący tranzystor T

E m C

U n g  I

w praktyce nE = 1

T C

m

U

g  I

MODEL hybryd-  dla OE wyznaczanie parametrów ⁽²⁾

Konduktancja wejściowa g _b'e

• z definicji: czyli nachylenie ch-ki wejściowej I

_B

= f(U

_BE

) - niepraktyczne

• z punktu pracy: dla układu OE jest:

zatem z modelu Ebersa-Molla prąd bazy dla OE:

Następnie korzystając z def.:

uwzględniając: mamy:

BE B e

b

U

g I



 

'

 – wsp. wzm. prądowego dla OB

0 – wsp. wzm. prądowego dla OE nE – wsp. nieidealności złącza emit.

U_T – potencjał elektrotermiczny IC – prąd kolektora pol. tranzystor

) 1 (

,















E B

E C C E B

B C E

I I

I I I I I

I I I



 



 



T E

BE ES

B

n U

I U I ( 1  ) exp



 



 



T E

BE ES

T E e

b n U

I U U

g n1 (1 ) exp

' 

T E

B e

b

n U

g

_' 

I

^C0 B

I I

0 0

'^e  _E^C _T ^m

b

g U n

g



I



ELEMENTY ELEKTRONICZNE

ELEMENTY

ELEKTRONICZNE

dr inż. Piotr Dziurdzia

paw. C-3, pokój 413; tel. 617-27-02, piotr.dziurdzia@agh.edu.pl

dr inż. Ireneusz Brzozowski

paw. C-3, pokój 512; tel. 617-27-24, ireneusz.brzozowski@agh.edu.pl

TRANZYSTOR BIPOLARNY

TRANZYSTOR BIPOLARNY

WSTĘP

Czy wiesz, że……: …. do niedawna tranzystor bipolarny był najpowszechniej stosowanym elementem półprzewodnikowym, wypowiadając słowo

„tranzystor” rozumiano, że chodzi o tranzystor bipolarny.

…. prąd płynący między dwiema końcówkami tranzystora bipolarnego jest regulowany przez stosunkowo niewielki prąd płynący przez trzecią końcówkę.

B C

E pnp B

C

E npn

…. w tranzystorze bipolarnym w przepływie prądu biorą udział zarówno elektrony jak i dziury.

TRANZYSTOR BIPOLARNY

WSTĘP

Jak to było z diodą……?:

U

I

T p

n

R L

T

Inne sposoby zwiększania prądu

unoszenia ……???

p n

R C

p+

E C

E E

R E

I

I

I

E MITTER B ASE C OLLECTOR

W b

I

U

I

W dobrym tranzystorze pnp prawie wszystkie dziury wstrzykiwane z emitera do bazy są unoszone i zbierane w kolektorze. Temu założeniu sprzyja spełnienie warunków wąskiej bazy (W

<<L

) oraz długiego czasu życia dziur τ

.

TRANZYSTOR BIPOLARNY

WSTĘP

n p

R C p+

E C

E E

R E

I

I

I

E MITTER B ASE C OLLECTOR

W b

Na przepływ prądu bazy składają się:

1. Prąd elektronów rekombinujących z dziurami w bazie.

2. Prąd elektronów wstrzykiwanych do emitera pomimo mimo, że emiter jest silniej domieszkowany niż baza.

3. Niewielki prąd elektronów (powstających w wyniku generacji termicznej) wpływający do

bazy od strony zaporowo spolaryzowanego złącza kolektorowego.

TRANZYSTOR BIPOLARNY

BILANS PRZEPŁYWU DZIUR I ELEKTRONÓW

p+ n p

i

i

i

i

i

3

5 4

1

2

3

4

5

1 2

R ^L

R ^C

W ^b

 _

_100V