37. Przedstaw: symbol, strukturę w przekroju (...

http://mtr.freakone.pl

Strona 1

37. Przedstaw: symbol, struktur w przekroju ( konstrukcj) oraz oglna zasad polaryzacji

tranzystora bipolarnego w zakresie aktywnym normalnym dla obydwu podstawowych typw

tranzystorw.

a) pnp

b) npn

W normalnych warunkach pracy zcze kolektora jest spolaryzowane zaporowo. Napicie przyoone

do zcza baza-emiter w kierunku przewodzenia powoduje przepyw prdu przez to zcze noniki z

emitera (elektrony w tranzystorach npn lub dziury w tranzystorach pnp) przechodz do obszaru bazy

(std nazwa elektrody: emiter, bo emituje noniki). Nonikw przechodzcych w przeciwn stron,

od bazy do emitera jest niewiele, ze wzgldu na sabe domieszkowanie bazy. Noniki wprowadzone z

emitera do obszaru bazy dyfunduj w stron mniejszej ich koncentracji - do kolektora. Dziki

niewielkiej gruboci obszaru bazy trafiaj do obszaru drugiego zcza, a tu na skutek pola

elektrycznego w obszarze zuboonym s przycigane do kolektora.

38. Podaj zasad polaryzacji by tranzystor bipolarny pracowa w zakresie aktywnym

normalnym . Narysuj ukady pracy WBaza (OB.), WEmiter (OE).

a) npn w zakresie aktywnym normalnym: UBE > 0, UBC < 0, prdy za: IE < 0, IC > 0, IB> 0


Strona 2

b) pnp w zakresie aktywnym normalnym: UEB>O, UCB0, IC


Strona 3

41. Spolaryzuj na WE i WY tranzystor bipolarny dla pracy aktywnej npn w ukadzie

WEmiter (OE).

stan aktywny: zcze BE spolaryzowane w kierunku przewodzenia, za zcze CB zaporowo,

42. Spolaryzuj na WE i WY tranzystor bipolarny dla pracy aktywnej pnp w ukadzie

WEmiter (OE).


43. Spolaryzuj na WE i WY tranzystor bipolarny dla pracy aktywnej npn w ukadzie WBaza

(OB).



Strona 4

44. Spolaryzuj na WE i WY tranzystor bipolarny dla pracy aktywnej pnp w ukadzie WBaza

(OB).


45. Narysuj charakterystyki statyczne WY tranzystora bipolarnego w ukadzie WEmitera

(OE) ( Zaznaczyd odcicie i nasycenie tranzystora).

46. Wyprowad zalenod midzy wspczynnikami wzmocnienia w ukadzie OB i OE


Strona 5

47. Narysuj charakterystyki statyczne WY tranzystora bipolarnego w ukadzie WBazy (OB)

( Zaznacz odcicie i nasycenie tranzystora).

48. Narysuj charakterystyki statyczne WY tranzystora bipolarnego w ukadzie WEmitera

(OE) ( Zaznacz odcicie i nasycenie tranzystora).

Byo, patrz 45.

49. Przedstaw model czwrnikowy z macierz h opisujcy prac tranzystora bipolarnego

z maymi sygnaami.

Dla sygnaw zmiennoprdowych o maych amplitudach tranzystor jest czwrnikiem liniowym.

Czwrnik opisywany jest za pomoc czterech wielkoci wyraajcych napicia i prdy na jego wejciu

i wyjciu. Aby mc opisa go za pomoc ukadu rwna dwch zmiennych naley dwie z czterech

wielkoci czwrnika opisa za pomoc dwch pozostaych. W zalenoci od tego, ktre ze zmiennych

uznane zostan za zmienne zalene, a ktre za zmienne niezalene otrzyma mona 6 rnych

ukadw rwna.


Strona 6

50. Narysuj schemat zastpczy tranzystora bipolarnego dla maych sygnaw m.cz. z

wykorzystaniem parametrw h; objanij ich sens fizyczny

51. Narysuj schemat zastpczy tranzystora bipolarnego dla maych sygnaw m.cz. z

wykorzystaniem parametrw g; objanij ich sens fizyczny


Strona 7

52. Przedstaw wykres wzmocnienia prdowego w ukadzie WEmitera (OE) od

czstotliwoci ( =f(f)).

53. Narysuj charakterystyk czstotliwociow ukadu wzmacniacza maej mocy, maej

czstotliwoci zbudowanego z wykorzystaniem tranzystora bipolarnego pracujcego w

ukadzie Wsplnego Emitera (WE). Przedstaw na niej jak definiuje sie 3dB pasmo

przenoszenia takiego ukadu. Jakim pasmem przenoszenia charakteryzuje si taki ukad?

Grny wykres.

54. Co to jest heterozcze i jaka jest jego podstawowa, najchtniej wykorzystywana cecha?

Heterozcze - zcze wytworzone z dwch typw pprzewodnikw (typu n i typu p) o rnych

szerokociach warstwy zaporowej. Szeroko wykorzystywane w laserach pprzewodnikowych (diody

laserowe) i LED (diody elektroluminescencyjne).


Strona 8

Heterozcze jest to granica rozdziau (ewentualny obszar przejciowy) midzy dwoma rnymi

pprzewodnikami tworzcymi struktur monokrystaliczn. Powstao ono na skutek potrzeby

opanowania coraz wikszych czstotliwoci. Zastosowanie heterozcza umoliwia zmniejszenie

czasu przelotu i rezystancji bazy oraz zwikszenie wzmocnienia prdowego. Najchtniej

wykorzystywan cech jest to, e heterozcze pozwala na lokalizacj obszaru rekombinacji.

55. Co to jest tranzystor dryftowy; opisz zasad jego dziaania, na czym polega jego zaleta?

Tranzystor dryftowy posiada baz, ktra jest sabiej domieszkowana od emitera. Jego nazwa

pochodzi od prdu unoszenia, ktry powstaje dziki owej rnicy domieszek (powstaje pole

elektryczne, ktre powoduje dryf nonikw). Skutkiem jest skrcenie czasu transportu przez baz co

pozwala na prac z wikszymi czstotliwociami.

56. Objanij zasad dziaania zcza Schottkyego

cznie moliwe s cztery przypadki typu pprzewodnika oraz zalenoci

pomidzy m i s:

1) pprzewodnik typu n oraz m < s

2) pprzewodnik typu n oraz m > s

3) pprzewodnik typu p oraz m < s

4) pprzewodnik typu p oraz m > s

W przypadkach 1) i 4) zcze metal-pprzewodnik

jest kontaktem omowym,

natomiast w przypadku 2) oraz 3) jest kontaktem prostujcym.

Zczem Schottkyego nazywamy przypadek 2) oraz 3).

Po zetkniciu si metalu i pprzewodnika ukad dy do rwnowagi termodynamicznej poprzez

przegrupowanie elektronw. Po stronie metalu pojawia si cienka warstwa adunku ujemnego, a po

stronie pprzewodnika znacznie szersza wwarstwa adunku dodatniego. Bariera potencjau jest

rwna rnicy potencjaw wyjcia elektronw.

Wysoko bariery moe by zmieniana przez polaryzacj: ujemne napicie zwiksza, dodatnie

zmniejsza.

Elektrony, ktre przeszy z pprzewodnika do metalu w pierwszej chwili obsadzaj poziomy wysoko

nad poziomami Fermiego - bardzo szybko oddaj swoj energi i staj si czeci swobodnych

elektronw w metalu.


Strona 9

57. Wyjanij okrelenie tranzystory polowe "( unipolarne).Okrel podstawowe parametry

opisujce ich waciwoci.

W tranzystorze unipolarnym sterowanie prdem odbywa si za pomoc pola elektrycznego.

Mechanizm przewodzenia jest oparty na jednym rodzaju nonikw dziurach lub elektronach.

Zasadnicz czci tranzystora polowego jest kryszta odpowiednio domieszkowanego

pprzewodnika z dwiema elektrodami: rdem (symbol S od ang. source, odpowiednik emitera w

tranzystorze bipolarnym) i drenem (D, drain, odpowiednik kolektora). Pomidzy nimi tworzy si tzw.

kana, ktrym pynie prd. Wzdu kanau umieszczona jest trzecia elektroda, zwana bramk (G, gate,

odpowiednik bazy). W tranzystorach epiplanarnych, jak rwnie w przypadku ukadw scalonych, w

ktrych wytwarza si wiele tranzystorw na wsplnym krysztale, wykorzystuje si jeszcze czwart

elektrod, tzw. podoe (B, bulk albo body), suc do odpowiedniej polaryzacji podoa.

W zalenoci od typu pprzewodnika, w ktrym tworzony jest kana, rozrnia si:

tranzystory z kanaem typu p, w ktrym prd pynie od rda do drenu tranzystory z kanaem typu n, w ktrym prd pynie od drenu do rda

Parametry:

a) napicie bramka rdo Jest to napicie jakie naley doprowadzi do bramki aby przy ustalonym napiciu dren-rdo ( nie pyn prd drenu

b) Prd nasycenia Jest to prd pyncy przy napiciu 0 i okrelonym napiciu c) Prd wyczenia - d) Rezystancja statyczna wczenia - e) Rezystancja wyczenia - f) Prdy upywu

58. Opisz zasad dziaania, narysuj przekrj przez struktur rzeczywist, symbol oglny i

spolaryzuj tranzystor JFET z kanaem typu n.

Jednorodny obszar pprzewodnika wystpujcy midzy drenem i rdem stanowi kana, przez ktry

pynie prd nonikw wikszociowych (elektrony) i ktrego rezystancj mona zmienia poprzez

zmian jego przekroju. Zmian przekroju kanau uzyskuje si przez rozszerzanie lub zwanie

warstwy zaporowej zcza pn, powodowane zmian wartoci napicia UGS, polaryzujcego zcze

bramka kana w kierunku zaporowym. Na skutek bardzo duej rnicy koncentracji domieszek w

zczu p+n obszar bariery potencjau wnika gwnie do pprzewodnika typu n.


Strona 10

Pod wpywem wzrostu napicia UGS, polaryzujcego zcze p+n zaporowo, obszar zuboony

rozszerzy si, powierzchnia przekroju kanau tym samym zmniejszy si, wic jego rezystancja

wzronie. Dalsze zwikszanie wartoci napicia UGS w kierunku zaporowym spowoduje, e warstwa

zaporowa cakowicie zamknie kana, a jego rezystancja bdzie bardzo dua.

59. Narysuj charakterystyki wyjciowe tranzystora JFET. Zdefiniuj i przedstaw sposb

wyznaczenia z nich parametru : gds., gm

60. Narysuj charakterystyki przejciowe tranzystora JFET. Zdefiniuj i przedstaw sposb

wyznaczenia z nich parametru : gm, Up,


Strona 11

61. Przedstaw klasyfikacje tranzystorw MOS i opisz oglnie zasad dziaania tranzystora

MOS.

Typ E dla zerowej polaryzacji kana nie istnieje i prd drenu nie pynie

Typ D wbudowany kana przewodzcy, dla zerowej polaryzacji prd moe pyn

Dodatni adunek bramki spowodowa powstanie pod jej powierzchni warstwy inwesyjnej zoonej z

elektronw swobodnych o duej koncentracji oraz gbiej pooonej warstwy adunku

przestrzennego jonw akceptorowych od ktrych odcignite zosty dziury. Powstaje w ten sposb

w warstwie inwersyjnej poczenie elektryczne pomidzy drenem a rdem. Przewodno tego

poczenia zaley od koncentracji elektronw w indukowanym kanale czyli od napicia Ugs.


Strona 12

Jeeli napicia Uds i Ugs bd porwnywalne to prd drenu bdzie zalee liniowo od napicia Uds

kana peni wwczas funkcj rezysotra liniowego. Dalszy wzrost napiia Uds powoduje spadek

napicia na rezystancji kanau. W okolicy drenu nastpuje zmniejszenie inwersji, a do cakowitego

jej zaniku. Mwimy wtedy o odciciu kanau. Warto napicia Uds przy ktrej nastpuje odcicie

kanau nazywamy napiciem nasycenia.

Dalszy wzrost napicia Uds nie powoduje ju wzrostu prdu drenu ale wpywa na odcicie kanau

bliej rda. Mwimu wwczas, e tranzystor pracuje w stanie nasycenia.


Strona 13

62. Wymie i opisz odmiany tranzystorw MOS.

63. Przedstaw budow struktury i ukad polaryzacji tranzystora MOSFET normalnie

wyczonego z kanaem typu n. Jak powstaje kana w takim tranzystorze? Jak sterujemy tym

tranzystorem?

Polaryzacja drenu i bramki jest zerowa (UDS=0 i UGS=0). W takim przypadku, struktura zoona z

dwch obszarw pprzewodnika typu n+ (dren i rdo), rozdzielonych pprzewodnikiem typu p

(podoe), tworzy dwa zcza n+p i pn+ poczone ze sob szeregowo przeciwstawnie. Obszar

podoa, typu p, jest wspln anod dla zcz: Spodoe i podoeD.


Strona 14

Dodatni adunek bramki spowodowa powstanie pod jej powierzchni warstwy inwesyjnej zoonej z

elektronw swobodnych o duej koncentracji oraz gbiej pooonej warstwy adunku

przestrzennego jonw akceptorowych od ktrych odcignite zosty dziury. Powstaje w ten sposb

w warstwie inwersyjnej poczenie elektryczne pomidzy drenem a rdem. Przewodno tego

poczenia zaley od koncentracji elektronw w indukowanym kanale czyli od napicia Ugs.

64. Narysuj charakterystyki wyjciowe tranzystora MOSFET normalnie wyczonego z

kanaem typu n.

65. Narysuj charakterystyki przejciowe tranzystora MOSFET normalnie wyczonego z

kanaem typu n. Zdefiniuj pojcie napicia progowego UT .

66. Narysuj schemat maosygnaowego ukadu zastpczego tranzystora MOS. Wyjanij sens

fizyczny poszczeglnych elementw.

gdzie: g K Im N D= 2 , ( )2TGSND VVKI = , r V IO A D= , VT - napicie progowe, K k W LN n= 0 5, - parametr transkonduktacyjny tranzystora MOS, W, L - wymiary geometryczne obszaru kanau

elementu, kn - ruchliwo nonikw w kanale. 67. Dokonaj porwnania tranzystora bipolarnego z polowym.

- konstrukcja TB: (E,B,C) asymetryczna, TP: S, G, D (symetryczna),


Strona 15

- sterowanie prdowe w tranzystorach bipolarnych,

- sterowanie napiciowe w tranzystorach polowych,

- transkonduktancja tranzystora bipolarnego (nie zaley od parametrw jego struktury) jest

kilkaset razy wiksza ni dla tranzystora polowego: gm=IE/T (1000 mA/V); gm=2ID/|UGS-UT|

(5 mA/V) (zaley od rozmiarw geometrycznych struktury, przenikalnoci elektrycznej

warstwy dielektryka i ruchliwoci nonikw)

- napicie nasycenia ograniczajce obszar pracy z lewej strony jest kilkanacie razy mniejsze

w tranzystorach bipolarnych (0.1V, kilka V)

- napicie maksymalne ograniczajce obszar pracy z prawej strony (2kV tr. bip., kilkaset V tr.

pol.)

- porwnanie TB i TP moliwe przy jednakowych wartociach maksymalnych prdw

(ICmax~IDmax)

- zastosowania analogowe ukady scalone JFET (PNFET

- zastosowania cyfrowe ukady scalone IGNFET

Zalety tranzystorw polowych:

- bardzo dua impedancja wejciowa

- mae szumy (PNFET)

- kwadratowy przebieg charakterystyki przejciowej I

D(UGS)

- moliwo stosowania tranzystora jako obcienie rezystancyjne oraz rezystor sterowany

(MIS)


Strona 16


Strona 17

68. Wyjanij zasad dziaania tranzystora jednozczowego . Narysuj jego rodzin

charakterystyk i zdefiniuj wspczynnik doskonaoci

Tranzystor jednozczowy UJT (ang. unijunction transistor), zwany rwnie diod dwubazow

pprzewodnikowy element przeczajcy zawierajcy jedno zcze p-n i 3 elektrody (Emiter, Baza 1,

Baza 2).

Podczas pracy tranzystora pomidzy elektrodami B1 i B2 powstaje rezystancja o wartoci kilku

kiloomw oraz potencja niepodczonego emitera, wynoszcy zazwyczaj poow napicia pomidzy

elektrodami bazowymi. Kiedy napicie na emiterze jest mniejsze ni napicie progowe, zcze p-n jest

spolaryzowane zaporowo. Gdy warto napicia emitera przekroczy napicie progowe, zcze jest

spolaryzowane w kierunku przewodzenia, prd emitera uzyskuje due wartoci, pole emitera unosi je

do B2, R2 maleje, pole E ronie, prd emitera zwiksza si. Jest to wewntrzne sprzenie zwrotne.


Strona 18

69. Narysuj schematyczna struktur tyrystora; wyjanij jego dziaanie posugujc si

dwutranzystorowym ukadem zastpczym

Tyrystor - element pprzewodnikowy skadajcy si z 4 warstw w ukadzie p-n-p-n. Jest on

wyposaony w 3 elektrody, z ktrych dwie s przyczone do warstw skrajnych, a trzecia do jednej z

warstw rodkowych. Elektrody przyczone do warstw skrajnych nazywa si katod (K) i anod (A), a

elektroda przyczona do warstwy rodkowej bramk (G, od ang. gate bramka).

Po lewej budowa, rodek i prawa ukad zastpczy.

Tyrystor przewodzi w kierunku od anody do katody. Jeeli anoda jest o dodatnim potencjale

wzgldem katody, to zcza skrajne typu p-n s spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a zcze

rodkowe n-p w kierunku zaporowym.

Dopki do bramki nie doprowadzi si napicia, tyrystor nie przewodzi prdu. Doprowadzenie do

bramki dodatniego napicia wzgldem katody spowoduje przepyw prdu bramkowego i waciwoci

zaporowe rodkowego zcza zanikaj w cigu kilku mikrosekund; nastpuje wyzwolenie tyrystora.

Moment ten nazywany bywa "zaponem" tyrystora (okrelenie to pochodzi z czasw, kiedy funkcj

tyrystorw peniy lampy elektronowe tyratrony, w ktrych przewodzenie objawiao si wieceniem

zjonizowanego gazu).

Wyzwolony tyrystor zaczyna przewodzi prd po ustaniu sygnau sterujcego bramk (brak

przyoonego napicia do bramki), co jest jego niewtpliw zalet (brak dodatkowych strat

sterowania). Traci on te waciwoci dopiero po zaniku prdu obcienia (poniej wartoci prdu

przewodzenia, minimalny prd podtrzymania) lub przy odwrotnej polaryzacji elektrod. Wwczas

konieczny jest ponowny zapon tyrystora.

70. Wyjanij ide ukadw CMOS na przykadzie inwertera

CMOS (ang. Complementary MOS) technologia wytwarzania ukadw scalonych, gwnie

cyfrowych, skadajcych si z tranzystorw MOS o przeciwnym typie przewodnictwa i poczonych w

taki sposb, e w ustalonym stanie logicznym przewodzi tylko jeden z nich. Dziki temu ukad

statycznie nie pobiera adnej mocy (pomijajc niewielki prd wyczenia tranzystora), a prd ze

rda zasilania pynie tylko w momencie przeczania gdy przez bardzo krtk chwil przewodz

jednoczenie oba tranzystory. Tracona w ukadach CMOS moc wzrasta wraz z czstotliwoci

przeczania, co wie si z przeadowywaniem wszystkich pojemnoci, szczeglnie pojemnoci

obciajcych wyjcia.


Strona 19

Podstawowym ukadem CMOS jest inwerter, skadajcy siz dwch komplementarnych tranzystorw

polowych typu MOS, pracujcych jako przeczniki a nie jako wtrniki, poczonych w sposb

pokazany na rys. 1. Wczony tranzystor polowy zachowuje si jak rezystor o maej wartoci

rezystancji zwierajcy sygna do waciwej szyny zasilajcej. W kadym z dwch moliwych stanw

logicznych przewodzi tylko jeden tranzystor ukadu. Jeli UIUSS= 0, to przewodzi tranzystor PMOS, a

tranzystor NMOS jest odcity, czyli na wyjciu ustala sinapicie UOH=UDD. Jeli natomiast UIUDD,

to przewodzi NMOS i tranzystor PMOS jest odcity, czyli na wyjciu otrzymuje sinapicie UOLUSS=

0. Prac inwertera mona wyjani posugujc si statycznymi charakterystykami rzejciowymi:

napiciow(zaleno napicia wyjciowego UO w funkcji napicia wejciowego UI) i prdow

(zaleno prdu IDD pobieranego przez ukad ze rda zasilania, od napicia wejciowego).

Mona w nich wyrni pi obszarw okrelonych przez rne tryby pracy tranzystorw:

I. T1 nienasycony,T2 odcity;

II. T1 nienasycony, T2 nasycony;

III. T1 nasycony,T2 nasycony;

IV. T1 nasycony,T2 nienasycony;

V. T1 odcity, T2 nienasycony.

37. Przedstaw: symbol, strukturę w przekroju (...

Documents

Transcript of 37. Przedstaw: symbol, strukturę w przekroju (...