Przełączanie tranzystorów bipolarnych

AGH, WEAIiE

ELEMENTY ELEKTRONICZNE – LABORATORIUM

Nr ćwiczenia:

6

Temat:

Przełączanie tranzystorów bipolarnych

Ocena:

Data wykonania:

19.04.2010r.

Imię i nazwisko:

1. Paweł Zajdel

Konspekt:

tranzystor bipolarny - tranzystor , który zbudowany jest z trzech warstw półprzewodników o różnym rodzaju przewodnictwa. Rozróżniamy tranzystory typu pnp oraz npn, ich uproszczona struktura, oraz symbol zostały przestawione poniżej.

Zasada działania tranzystora bipolarnego od strony 'użytkowej' polega na sterowaniu wartością prądu kolektora za pomocą prądu bazy. (Prąd emitera jest zawsze sumą prądu kolektora i prądu bazy). Prąd kolektora jest wprost proporcjonalny do prądu bazy, współczynnik proporcjonalności nazywamy wzmocnieniem tranzystora i oznaczamy symbolem h21^E lub grecką literą beta

Napięcie przyłożone do złącza baza-emiter przyłożone w kierunku przewodzenia wymusza

przepływ prądu przez to złącze – nośniki większościowe (elektrony w tranzystorach NPN lub dziury w tranzystorach PNP) przechodzą do obszaru bazy. (stąd nazwa elektrody : emiter, bo emituje nośniki). Nośniki wprowadzone do obszaru bazy przechodzą bezpośrednio do kolektora – jest to możliwe dzięki niewielkiej grubości obszaru bazy – znacznie mniejszej niż droga swobodnej dyfuzji nośników ładunku w tym obszarze (ok. 0,01-0,1mm), co pozwala na łatwy przepływ nośników przechodzących przez jedno ze złącz do obszaru drugiego złącza – nośniki wstrzyknięte do bazy niejako 'siłą rozpędu' dochodzą do złącza kolektor baza. Ponieważ złącze to jest spolaryzowane w kierunku zaporowym to nośniki mniejszościowe są 'wsysane' do kolektora.

Prąd bazy składa się z dwóch głównych składników: prądu rekombinacji i prądu wstrzykiwania.

Prąd rekombinacji to prąd powstały z rekombinowania wstrzykniętych do bazy nośników

mniejszościowych z nośnikami większościowymi w bazie. Jest tym mniejszy im cieńsza jest baza.

Prąd wstrzykiwania jest to prąd złożony z nośników wstrzykniętych z bazy do emitera, jego wartość zależy od stosunku koncentracji domieszek w obszarze bazy i emitera.

Podstawowe znaczenie dla działania tego urządzenia mają zjawiska zachodzące w cienkim obszarze, zwanym bazą, pomiędzy dwoma złączami półprzewodnikowymi . Kolejne obszary materiału

tranzystora noszą nazwy:

 emiter (ozn. E)

 baza (ozn. B)

 kolektor (ozn. C)

wzmocnienie prądowe tranzystora - jeden z parametrów (oznaczany zazwyczaj K

) charakteryzujących elektroniczne układy wzmacniające. Wzmocnienie prądowe jest to stosunek prądu wyjściowego do prądu wejściowego układu, wyrażony w amperach na amper [A/A]:

Ki

[A / A] = I

/ I

lub częściej w decybelach [dB]:

Ki

[dB] = 20lgK

[A / A]

czas magazynowania tranzystora -

t_s

=τ

ln

+

+

β gdzie :

IBF –załączający prąd bazy IBR – wyłączający prąd bazy IC - prąd kolektora

τS - czas magazynowania

zasada działania tranzystora bipolarnego - w normalnych warunkach pracy złącze kolektora jest spolaryzowane zaporowo. Napięcie przyłożone do złącza baza-emiter w kierunku przewodzenia powoduje przepływ prądu przez to złącze – nośniki z emitera

(elektrony w tranzystorach npn lub dziury w tranzystorach pnp) przechodzą do obszaru bazy (stąd nazwa elektrody: emiter, bo emituje nośniki). Nośników przechodzących w przeciwną stronę, od bazy do emitera jest niewiele, ze względu na słabe domieszkowanie bazy. Nośniki wprowadzone z emitera do obszaru bazy dyfundują w stronę mniejszej ich koncentracji - do kolektora. Dzięki niewielkiej grubości obszaru bazy trafiają do obszaru drugiego złącza, a tu na skutek pola elektrycznego w obszarze zubożonym są przyciągane do kolektora.

W rezultacie, po przyłożeniu do złącza emiterowego napięcia w kierunku przewodzenia, popłynie niewielki prąd między bazą a emiterem, umożliwiający przepływ dużego prądu między kolektorem a emiterem. Stosunek prądu kolektora do prądu bazy nazywany jest wzmocnieniem prądowym tranzystora i oznacza się grecką literą β.

Za sygnał sterujący prądem kolektora można uważać zarówno prąd bazy, jak i napięcie baza- emiter. Zależność między tymi dwiema wielkościami opisuje charakterystyka wejściowa tranzystora, będąca w zasadzie eksponencjalną charakterystyką złącza pn spolaryzowanego w kierunku przewodzenia.

Prąd bazy składa się z dwóch głównych składników: prądu rekombinacji i prądu

wstrzykiwania. Prąd rekombinacji to prąd powstały z rekombinacji w bazie nośników

wstrzykniętych z emitera do bazy z nośnikami komplementarnymi. Jest tym mniejszy im

cieńsza i słabiej domieszkowana jest baza. Prąd wstrzykiwania jest to prąd złożony z

nośników wstrzykniętych z bazy do emitera, jego wartość zależy od stosunku koncentracji

domieszek w obszarze bazy i emitera.