Elementy Elektroniczne

Elementy ElektroniczneElementy Elektroniczne

TRANZYSTOR BIPOLARNYn-p-n

BAZA

KOLEKTOR

EMITER

p-n-p

BAZA

KOLEKTOR

EMITER

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected])

Elementy ElektroniczneElementy ElektroniczneTRANZYSTOR BIPOLARNY

P n

Nośniki mniejszościowe

E

np0 pn0

Prąd nasycenia



Prąd płynący przez złącze p-n spolaryzowane w kierunku zaporowym

zależy od koncentracji nośników mniejszościowych po obu stronach złącza

n

pn

p

npS L

nDL

pDqAI 00



P nnp0

pn0 EWzrost koncentracji

nośników mniejszościowych skutkuje wzrostem wartości prądu

nasycenia

IS



Jak zwiększyć koncentrację nośników mniejszościowych docierających do

obszaru złącza p-n?1. Poprzez wywołanie zjawiska generacji par

elektron dziura2. Poprzez „dobudowanie”, spolaryzowanego

w kierunku przewodzenia, złącza p-n



P nhfhfhfhf

Generacja par elektron-dziura

np0

np>np0



np0P n

vv

np>np0n



p n

vv

n

emiter baza kolektorE B C



p-n-p

E

C

B

n-p-n

E

C

B

E E

C

B

(KOLEKTOR)

(EMITER)

(BAZA) np

p

C

B

(KOLEKTOR)

(EMITER)

(BAZA)

n

np


Elementy ElektroniczneElementy ElektroniczneTR. BIPOLAR.– ZASADA DZIAŁANIA (BEZDRYFTOWY)

p n

vv

n

złącze E-B złącze B-C

E

CBE


Elementy ElektroniczneElementy ElektroniczneTR. BIPOLAR.– ZASADA DZIAŁANIA (DRYFTOWY)

n

vv

n

złącze E-B złącze B-C

EE

CBE


Elementy ElektroniczneElementy ElektroniczneTRANZYSTOR BIPOLARNY– ZASADA DZIAŁANIA

1. Złącze E-B, spolaryzowane w kierunku przewodzenia, wprowadza do obszaru bazy nośniki mniejszościowe

2. Nośniki te dyfundują, poprzez bazę, w tranzystorze bezdryftowym, lub są unoszone w tranzystorze dryftowym

3. Po dotarciu do, spolaryzowanego w kierunku zaporowym, złącza B-C, nośniki są unoszone przez obszar złącza



p nn

E B C

UBE

IE IC



IE IC

UBE

BEC

EC

BEE

UfIIIUfI

Napięcie baza-emiter (UBE )

steruje prądem kolektora ( IC)



TRANZYSTOR BIPOLARNYWZMACNIACZ


Elementy ElektroniczneElementy ElektroniczneTRANZYSTOR BIPOLARNY – WZMACNIACZ

„Wzmacniacz jest przyrządem umożliwiającym sterowanie większej mocy

– mniejszą”Do uzyskania efektu wzmocnienia konieczne

są dwie rzeczy:- źródło energii, - przyrząd do sterowania przepływu tej

energii „wzmacniacz”



Załóżmy, że spolaryzowane w kierunku przewodzenia złącze EMITER-BAZA jest reprezentowane przez rezystor o wartości

100Ω

100Ω

Wartość prądu:

AVRUIE 1.0

10010

Rozpraszana moc:

WWRIP 11000122

0.1A10V



Załóżmy, że spolaryzowane w kierunku zaporowym złącze BAZA-KOLEKTOR jest reprezentowane przez rezystor o

wartości 10kΩ

10kΩ

Wartość prądu:

AII EC 1.0Rozpraszana moc:

WWRIP 100100000122

0.1A



W rezultacie, tracąc 1W mocy tranzystor pozwala na sterowanie sygnałem o mocy 100W

100W1W

p nn

emiter baza kolektor

E B C



W rzeczywistości, część nośników (elektronów) rekombinuje z dziurami w obszarze bazy, co, ze względu na neutralność elektryczną obszaru bazy, wymusza dopływ

niewielkiego prądu dziurowego do bazy


IB

CB

EB

EC

IIIIII


IE IC

n np

Strumień elektronów

Strumień dziur

Elementy ElektroniczneElementy ElektroniczneTRANZYSTOR BIPOLARNY-ZALEŻNOŚCI


BEC

CEB

CBE

IIIIIIIII

IE IC

IB

E B C

Elementy ElektroniczneElementy ElektroniczneTRANZYSTOR BIPOLARNY- DEFINICJE

PARAMETRÓW


Wzmocnienie prądowe (dla prądu stałego) – parametr βDC

Stosunek prądu kolektora do prądu emitera (dla prądu stałego)

– parametr αDC



2002021

DC

fDC

B

CDC

hhII

IE IC

IB

E B C



99.095.0

DC

E

CDC I

I

IE IC

IB

E B C


TRANZYSTOR BIPOLARNY

WYKRESY PASMOWE


Elementy ElektroniczneElementy ElektroniczneTRANZYSTOR BIPOLARNY- WYKRES PASMOWY


n nP

n nP

WF

WC

WV

W

x

Wi

n n

Elementy ElektroniczneElementy ElektroniczneTRANZYSTOR BIPOLARNY- WYKRES PASMOWY


n nPUE UC

n nPWFWC

WV

W

x

Wi qUE

qUC


UKŁADY POLARYZACJI

(WSPÓLNA BAZA)


Elementy ElektroniczneElementy ElektroniczneDr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected])

TRANZYSTOR BIPOLARNY – UKŁADY POLARYZACJI

UE< UB< UC

IE IC

E C

B

n n

p

IB

WB



UE> UB> UC

IE IC

E C

Bn

pp

IB

WB


PRZEPŁYW STRUMIENIA NOŚNIKÓW PRZEZ




TRANZYSTOR BIPOLARNY – PRZEPŁYW STRUMIENIA NOSNIKÓW PRZEZ STRUKTURĘ TRANZYSTORA


n np

100% 92%÷98%

2%÷8%

WB

Strumień elektronów


UKŁADY POLARYZACJI

(WSPÓLNY EMITER)




IE

IC

E

CBn

np

IB

WERC

RBUBB

UCC



IE

IC

E

CB

p

pn

IB

WERC

RBUBB

UCC


TRANZYSTOR BIPOLARNY – PRZEPŁYW STRUMIENIA NOSNIKÓW PRZEZ STRUKTURĘ TRANZYSTORA

2%÷8%

WEem

iter ba

za

kole

ktor

n

npSt

rum

ień

elek

tron

ów

92%÷98%

100%


TRANZYSTOR BIPOLARNY – STANY PRACY

Ponieważ każde złącze może być polaryzowane na dwa sposoby:

Złącze B-E(kier.przewodzenia) UBE(+)

Złącze B-E(kierunek zaporowy) UBE(-)

Złącze B-C(kier.przewodzenia) UBC(+)

Złącze B-C(kierunek zaporowy) UBE(-)

istnieją cztery stany pracy tranzystora


TRANZYSTOR BIPOLARNY – STANY PRACY

przewodzenie

prze

wod

zeni

e

zaporowy

zapo

row

y

(+)UBC

(-)UBC

(+)UBE(-)UBE

aktywny normalny

aktywny inwersyjny nasycenia

zatkania



CZWÓRNIK


TRANZYSTOR BIPOLARNY – CZWÓRNIK NIELINIOWY

CZWÓRNIK NIELINIOWY

I1 I2

U1 U2




I1 I2

U1 U2

Równania impedancyjne

212

211

,,

IIfUIIfU




I1 I2

U1 U2

Równania admitancyjne

212

211

,,UUfIUUfI



I1 I2

CZWÓRNIK NIELINIOWYU1 U2

Równania mieszane

212

211

,,UIfIUIfU


TRANZYSTOR BIPOLARNY – CHARAKTERYSTKI


CHARAKTERYSTYKI

układ WB


TRANZYSTOR BIPOLARNY – CHARAKTERYSTYKI

Charakterystyka wejściowa

212

211

,,UIfIUIfU

WB

constUEEBconstU CBIfUIfU

211

B

I1=IE I2=IC

U1=UEB U2=UCB

B

E

B

C


TRANZYSTOR BIPOLARNY – CHARAKTERYSTYKI (WB)

12

8

4

0.3 0.6

-IE [mA]

UEB [V]

-UCB=0UCB=5WEJŚCIOWACharakterystyka

wejściowa:

podobna kształtem do charakterystyki złącza p-n spolaryzowanego w kierunku przewodzenia

UEB=f(IE) dla UCB=const



Charakterystyka wyjściowa

212

211

,,UIfIUIfU

WB

constICBCconstI EUfIUfI

122

B

I1=IE I2=IC

U1=UEB U2=UCB

B

E

B

C



4 8

-IC [mA]

-UCB [V]

WYJŚCIOWACharakterystyka wyjściowa:

podobna kształtem do charakterystyki złącza p-n spolaryzowanego w kierunku zaporowym

IC=f(UCB) dla IE=const

2 6

IE=9 [mA]

IE=6 [mA]

IE=3 [mA]



Charakterystyka przejściowa

212

211

,,UIfIUIfU

WB

constUECconstU CBIfIIfI

212

B

I1=IE I2=IC

U1=UEB U2=UCB

B

E

B

C



9

-IC [mA]

IE [mA]

PRZEJŚCIOWACharakterystyka przejściowa: Przedstawia zależności pomiędzy prądami na wejściu i wyjściu czwórnika

IC=f(IE) dla UCB=const

3 6

|-UCB|>0V

UCB=0V

3

6

9



Charakterystyka sprzęż. zwrotnego

212

211

,,UIfIUIfU

WB

constICBEBconstI EUfUUfU

121

B

I1=IE I2=IC

U1=UEB U2=UCB

B

E

B

C



0.6

0.4

0.2

8 10

UBE [V]

-UCB [V]

IE=12mA

SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO

Charakterystyka sprzężenia zwrotnego: przedstawia wpływ napięcia wyjściowego na napięcie wejściowe

UBE=f(UCB) dla IE=const

642

IE=6mAIE=0mA



WYJŚCIOWAPRZEJŚCIOWA

WEJŚCIOWA ZWROTNA

IC [mA]

IE=-10mA

IE [mA]

UCB [V]

UEB

[mV]

IE=-8mA

IE=-6mA

IE=-4mAIE=-2mA

IE=-10mA

IE=-5mAIE=-3mAIE=-1mA

UCB =5VUCB =0V

UCB =5V

UCB =0V

246810

-200

-400

-600

-800

-5-10 2 4 6 8


TRANZYSTOR BIPOLARNY – CHARAKTERYSTKI


CHARAKTERYSTYKI

układ WE



Charakterystyka wejściowa

212

211

,,UIfIUIfU

WE

constUBBEconstU CEIfUIfU

211

B

I1=IB I2=IC

U1=UBE U2=UCE

E E

B C


TRANZYSTOR BIPOLARNY – CHARAKTERYSTYKI (WE)

120

80

40

0.3 0.6

-IB [µA]

UBE [V]

UCE>0UCE=0WEJŚCIOWACharakterystyka

wejściowa:

podobna kształtem do charakterystyki złącza p-n spolaryzowanego w kierunku przewodzenia

UBE=f(IB) dla UCE=const




212

211

,,UIfIUIfU

WE

constICECconstI BUfIUfI

122

B

I1=IB I2=IC

U1=UBE U2=UCE

E E

B C



4 8

-IC [mA]

-UCE [V]

WYJŚCIOWACharakterystyka wyjściowa:

podobna kształtem do charakterystyki złącza p-n spolaryzowanego w kierunku zaporowym

IC=f(UCE) dla IB=const

2 6

IB=60 [μA]

IB=40 [μA]

IB=20 [μA]



Charakterystyka przejściowa

212

211

,,UIfIUIfU

WE

constUBCconstU CEIfIIfI

212

B

I1=IB I2=IC

U1=UBE U2=UCE

E E

B C



100

-IC [mA]

IB [μA]

PRZEJŚCIOWACharakterystyka przejściowa: Przedstawia zależności pomiędzy prądami na wejściu i wyjściu czwórnika

IC=f(IB) dla UCE=const

20 60

|-UCE|>0V

UCE=0V3

6

9



Charakterystyka sprzęż. zwrotnego

212

211

,,UIfIUIfU

WE

constICEBEconstI BUfUUfU

121

B

I1=IB I2=IC

U1=UBE U2=UCE

E E

B C



0.6

0.4

0.2

8 10

UBE [V]

-UCE [V]

IB=120μASPRZĘŻENIA ZWROTNEGOCharakterystyka

sprzężenia zwrotnego: przedstawia wpływ napięcia wyjściowego na napięcie wejściowe

UBE=f(UCE) dla IB=const

642

IB=40μA

IB=0



WYJŚCIOWAPRZEJŚCIOWA

WEJŚCIOWA ZWROTNA

IC [mA] IB=1.00mA

IB [mA]

UCE [V]

UEB

[mV]

IB=0.75mA

IB=0.50mA

IB=0.25mA

IB=0mA

IB=1.0mA

IB=0.2mA

UCE =10VUCE =2V

UCE =10V

UCE =2V

20406080

100

0.2

0.4

0.6

0.8

0.51.0 2 4 6 8


TRANZYSTOR BIPOLARNY – PARAMETRY STATYCZNE


PARAMETRY STATYCZNE



Charakterystyki prądowo-napięciowe tranzystora pozwalają na określenie parametrów statycznych



CHARAKTERYSTYKA WYJŚCIOWA

TRANZYSTORA W UKŁADZIE WB



Parametry statyczne ukazują ograniczenia dozwolonego obszaru pracy aktywnej tranzystora bipolarnego

IE=1mA

IE=2mA

IC

UCB

IE=3mA

IE=4mAWB



1. Moc admisyjna P=U·I

IE=1mA

IE=2mA

IC

UCB

IE=3mA

IE=4mA

P=IU

WB



2. Prąd maksymalny ICmax

IE=1mA

IE=2mA

IC

UCB

IE=3mA

IE=4mA

P=IU

ICmaxWB



3. Napięcie maksymalne UCBmax

IE=1mA

IE=2mA

IC

UCB

IE=3mA

IE=4mA

P=IU

ICmax

UCBmax

WB



4. Prąd „zerowy” ICB0

ICBO

IE=1mA

IE=2mA

IC

UCB

IE=3mA

IE=4mA

P=IU

ICmax

UCBmax

WB



5. Napięcie nasycenia UCB=0

ICBO

IE=1mA

IE=2mA

UCB

IE=3mA

IE=4mA

P=IU

UCBmax

ICICmax

UCB=0

WB



Obszary pracy tranzystora –aktywny, odcięcia, nasycenia

ICBO

IE=1mA

IE=2mA

UCB

IE=3mA

IE=4mAIC

NAS

YCEN

IE

ODCIĘCIE

AKTYWNY

WB



CHARAKTERYSTYKA WYJŚCIOWA

TRANZYSTORA W UKŁADZIE WE



Parametry statyczne ukazują ograniczenia dozwolonego obszaru pracy aktywnej tranzystora bipolarnego

IB=10μA

IC

UCE

IB=20μA

IB=30μA

IB=50μAWE



1. Moc admisyjna P=U·I

IB=10μA

IC

UCE

IB=20μA

IB=30μA

IB=50μA

P=IU

WE



2. Prąd maksymalny ICmax

IB=10μA

IC

UCE

IB=20μA

IB=30μA

IB=50μA

P=IU

ICmaxWE



3. Napięcie maksymalne UCEmax

IB=10μA

IC

UCE

IB=20μA

IB=30μA

IB=50μA

P=IU

ICmaxWE

UCEmax



4. Prąd „zerowy” ICE0

IB=10μA

IC

UCE

IB=20μA

IB=30μA

IB=50μA

P=IU

ICmaxWE

UCEmax

ICEO



5. Napięcie nasycenia UCEsat

IB=10μA

IC

UCE

IB=20μA

IB=30μA

IB=50μA

P=IU

ICmaxWE

UCEmax

ICEO

UCEsat



Obszary pracy tranzystora –aktywny, odcięcia, nasycenia

IB=10μA

IC

UCE

IB=20μA

IB=30μA

IB=50μAWE

ICEO

AKTYWNY

ODCIĘCIE

NAS

YCEN

IE


TRANZYSTOR BIPOLARNY – PRĄDY ZEROWE

PRĄDY ZEROWE TRANZYSTORA BIPOLARNEGO



PRĄD ICB0

ICB0

BC

E

RC



PRĄD ICB0

ICB0

n

np

EB

C



PRĄD ICE0

ICE0

BC

E

RC



PRĄD ICE0

ICE0

n

np

E

B

CICB0

βICB0

ICE0



PRĄD ICE0

00

00

000

1

CBCE

CBCE

CBCBDCCE

IIII

III



UKŁAD POLARYZACJI TRANZYSTORA BIPOLARNEGO


TRANZYSTOR BIPOLARNY – UKŁAD POLARYZACJI

B C

E

RC

RB UCC

UBB

WE



UCC

UBB

B C

E

RC

RB

IC

IB

WE



UBB

B C

E

RC

RB UCC

IC

IB

UCE

UBE

UCB

WE



CECCCC

BEBBBB

URIUURIU

ECB III ,,

CBCEBE UUU ,,UCC

UBB

RC

RB

IC

IB

UCE

UBE

UCB

IE

WE


TRANZYSTOR BIPOLARNY – RÓWNANIA

B

BEBBB

B

BEBBB

BEBBBB

IUUR

RUUI

URIU



B

BBB

B

BBB

IVUR

RVUI

7.0

7.0

Dla tranzystora krzemowego

VU BE 7.0



CCCCCE

C

CECCC

CECCCC

RIUUR

UUI

URIU



KSZTAŁT CHARAKTERSYTYKI

WYJŚCIOWEJ TRANZYSTORA

PRACUJĄCEGO W UKŁADZIE WE


TRANZYSTOR BIPOLARNY– IC=f(UCE)

n E

n

p B

CRC

RB

UBB

UCC


TRANZYSTOR BIPOLARNY – IC=f(UCE)

UCEUCEmax

IC

0.7VA

B C

Obszar aktywny Obszar przebiciaObszar nasycenia

określony prąd bazy IB




n E

n

p B

CRC

RB

UBB UCC=0

Punkt -AUCB

UBE

przewodzenie

przewodzenie

0.7V



1. Napięcie UBB jest na tyle duże, ze wywołuje przepływ prądu IB. Napięcie UCC jest równe zero.

2. Oba złącza BAZA-EMITER i BAZA-KOLEKTOR są spolaryzowane w kierunku przewodzenia. Ponieważ potencjał na BAZIE jest równy 0.7V, a potencjały EMITERA i KOLEKTORA wynoszą 0V

3. Ze względu na mniejszą rezystancję ścieżki prąd bazy zamyka się przez złącze BAZA-EMITER

4. W rezultacie prąd kolektora:

IC=0



STAN PRACY:

NASYCENIE



UCEUCEmax

IC

0.7VA

B C






n E

n

p B

CRC

RB

UBB UCC

A-BUCB

UBE

przew.

przew.

0.7V

UCE

mniejszy niż na bazie



Emiter

Kolektor

BazaPo

tenc

jał

NISKI

WYSOKI

n

n

PZłącze BAZA-KOLEKTOR przewodzenie

Złącze EMITER-

BAZA przewodzenie


TRANZYSTOR BIPOLARNY – IC=f(UCE)1. Napięcie UBB pozostaje na niezmienionym poziomie,

Napięcie UCC zaczyna wzrastać, ale potencjał KOLEKTORA jest stale niższy niż potencjał BAZY

2. Oba złącza BAZA-EMITER i BAZA-KOLEKTOR są nadal spolaryzowane w kierunku przewodzenia (ponieważ potencjał na BAZIE jest równy 0.7V, potencjał EMITERA wynosi 0V, a potencjał kolektora jest niższy niż BAZY)

3. Oba złącza, EMITER-BAZA i BAZA-KOLEKTOR wprowadzają nośniki (elektrony) do obszaru bazy

4. W rezultacie prąd kolektora IC rośnie wraz ze wzrostem napięcia UCC (UCE)



STAN PRACY:

AKTYWNY



UCEUCEmax

IC

0.7VA

B C






n Ep B

CRC

RB

UBB UCC

B-CUCB

UBE

zaporowy

przew.

0.7V

UCEn



Emiter

Kolektor

Baza

Pote

ncja

ł

NISKI

WYSOKI n

nP

Złącze BAZA-KOLEKTOR

zaporowy

Złącze EMITER-

BAZA przewodzenie


TRANZYSTOR BIPOLARNY – IC=f(UCE)1. Napięcie UBB pozostaje na niezmienionym poziomie,

Napięcie UCC wzrasta i przewyższa potencjał BAZY

2. Gdy napięcie UCE przekroczy wartość 0.7V następuje przełączenie złącza KOLEKTOR-BAZA z polaryzacji w kierunku przewodzenia na kierunek zaporowy

3. W tym momencie tranzystor wchodzi w aktywny stan pracy

4. W tym stanie pracy duże zmiany napięcia UCE nie wpływają już znacząco na wartość prądu kolektora IC, ponieważ o jego wartości decyduje teraz złącze BAZA-KOLEKTOR spolaryzowane w kierunku zaporowym (prąd płynący przez złącze spolaryzowane w kierunku zaporowym nie zależy od wartości napięcia polaryzującego w szerokim zakresie tego napięcia)



STAN PRACY:

PRZEBICIE



UCEUCEmax

IC

0.7VA

B C






1. Zbyt wysoka wartość napięcia UCC powoduje pojawienie się przebicia złącza p-n (spolaryzowanego w kierunku zaporowym złącza BAZA-KOLEKTOR), co w konsekwencji prowadzi do gwałtownego wzrostu wartości prądu IC



CHARAKTERSYTYKA WYJŚCIOWA

TRANZYSTORA

UKŁAD WE



UCEUCEmax

IC

Obszar aktywny

Obs

zar p

rzeb

icia

Obs

zar n

asyc

enia


Obszar odcięcia

ICmax

IB0

IB1

IB2

IB3

IB4

IB5

IB6

IB6> IB5> IB4> IB3> IB2> IB1> IB0



PROSTA OBCIĄŻENIA



RC

B C

E

RB UCC

UBB

WE

IC

UCE



CCCECC

CECCCC

UURIURIU

C

CCCE

CC R

UUR

I 1



C

CCCE

CC R

UUR

I 1

bmxy



C

CCCE

CC R

UUR

I 1

C

CCC

CE

RUI

U

01

CCCE

C

UUI

02



IB1

IC

UCE

IB2

IB3

IB41

2UCE=UCCUCE=0

IC=0

IC= UCC

RCm=-1/RC

współczynnik kierunkowy

prostej



Zmiana prądu bazy, czyli „przejście” na charakterystykę IC=f(UCE)

odpowiadającą danej wartości IB pozwala na przesuwanie punktu pracy

z obszaru odcięcia, poprzez zakres aktywny normalny do obszaru

nasycenia



IB1

IC

UCE

IB2

IB3

IB4

UCC

ICmax

IB0



IB1

IC

UCE

IB2

IB3

IB4

UCC

ICmax

IB0

UCE1

IC1



IB1

IC

UCE

IB2

IB3

IB4

UCC

ICmax

IB0

UCE2

IC2



IB1

IC

UCE

IB2

IB3

IB4

UCC

ICmax

IB0

UCE3

IC3



IB1

IC

UCE

IB2

IB3

IB4

UCC

ICmax

IB0

UCE4

IC4



IB1

IC

UCE

IB2

IB3

IB4

UCC

ICmax

IB0

UCE5

IC5

IB5



IB1

IC

UCE

IB2

IB3

IB4

UCC

ICmax

IB0

UCE(sat)

IC(sat)

IB5



Dalsze zwiększanie prądu bazy, czyli „przechodzenie” na kolejne

charakterystyki IC=f(UCE) dla IB=const nie powoduje już widocznego przesunięcia punktu pracy



Obserwujemy sytuację, gdy ustala się prąd kolektora na poziomie zbliżonym do

maksymalnej wartości prądu kolektora:

CCCCC RUII /max a napięcie UCE osiąga minimalną wartość

określaną jako „napięcie nasycenia”:

)(satCECE UU


TRANZYSTOR BIPOLARNY - KLUCZ

PRZEŁĄCZANIE TRANZYSTORA

PRACA TRANZYSTORA BIPOLARNEGO W CHARAKTERZE

„KLUCZA”


TRANZYSTOR BIPOLARNY – KLUCZ

IB1

IC

UCE

IB2

IB3

IB4

UCC

ICmax

IB0

odcięcie



IB1

IC

UCE

IB2

IB3

IB4

UCC

ICmax

IB0

odcięcie

nasy

ceni

e


TRANZYSTOR BIPOLARNY – ODCIĘCIE (CUTOFF)


PRACA TRANZYSTORA W OBSZARZE ODCIĘCIA

(CUTOFF)



RC

BC

E

RB UCC

WE

ICE0

UCE= UCC

IB=0



1. Jeżeli wartość prądu bazy IB=0 – tranzystor jest w obszarze (w stanie) odcięcia (cutoff)

2. W tym stanie pracy oba złącza (B-E i B-C) są spolaryzowane zaporowo

3. Przez strukturę płynie niewielki prąd ICE0 (na skutek generacji termicznej nośników), który może być pominięty

4. W rezultacie napięcie UCE=UCC



UCC

RC

UCC

UCE= UCC

BC

E

RB

IB=0

IC=0

wewy



UCC

wewy

01

niskiewysokie

we wyUCE=UCC

IB=0IC=0


TRANZYSTOR BIPOLARNY – NASYCENIE (SATURATION)


PRACA TRANZYSTORA W OBSZARZE NASYCENIA

(SATURATION)



RC

BC

E

RB

UCC

WE

IC

UCE= UCC - ICRC

IB

UBB



1. Złącze BAZA-EMITER jest polaryzowane w kierunku przewodzenia

2. Rośnie prąd bazy IB

3. Wzrost prądu bazy wywołuje prąd kolektora IC=βIB

4. Wzrost prądu kolektora powoduje spadek napięcia UCE=UCC-ICRC


TRANZYSTOR BIPOLARNY – NASYCENIA (SATURATION)

5. Spadek napięcia UCE doprowadza do sytuacji przełączenia złącza BAZA-KOLEKTOR w kierunku przewodzenia. Ma to miejsce wówczas gdy UCE=UCE(sat).

Tranzystor wchodzi w stan nasycenia6. W stanie nasycenia prąd kolektora nie

wzrasta osiągając maksymalną wartość: IC=(UCC-UCE(sat))/RC=UCC/RC



5. Jeżeli tranzystor znajduje się w stanie nasycenia, wówczas dalsze zwiększanie prądu bazy IB nie powoduje już wzrostu prądu kolektora – ponieważ w obszarze nasycenia nie obowiązuje zależność

IC=βIB



we

UCC

RCIC=UCC/RCRC

UCC

UCE= 0B

C

E

RB

IB

IC

wyIE



UCC

wewy 0

1niskie

wysokie

we wyUCE=0

IBIC

IE



IB1

IC

UCE

IB2

IB3

IB4

UCC

ICmax

IB0

odcięcie

nasy

ceni

e

Klucz otwarty

Klucz zamknięty


TRANZYSTOR BIPOLARNY – CZWÓRNIK LINIOWY


CZWÓRNIK LINIOWY



Analiza pracy tranzystora bipolarnego dla prądu zmiennego

jest złożona

Przyjęto, że dla małych amplitud prądu zmiennego parametry

tranzystora nie zależą od amplitudy tego prądu



Tranzystor bipolarny – czwórnik liniowy

CZWÓRNIK LINIOWYu1 u2

i2i1

i1, i2, u1, u2 – chwilowe wartości prądów i napięć małych sygnałów zmiennych



CZWÓRNIK LINIOWY

i1 i2

u1 u2

Równania impedancyjne

2221212

2121111

izizuizizu



CZWÓRNIK LINIOWY

i1 i2

u1 u2

Równania admitancyjne

2221212

2121111

uyuyiuyuyi



i1 i2

CZWÓRNIK LINIOWYu1 u2

Równania mieszane (hybrydowe)

2221212

2121111

uhihiuhihu



iC

Równania mieszane (hybrydowe)

CeBeC

CeBeB

uhihiuhihu

2221

1211

iBCZWÓRNIK LINIOWY

uB uCB

EC

E


TRANZYSTOR BIPOLARNY – PARAMETRY hij

OKREŚLANIE PARAMETRÓW TYPU hij


TRANZYSTOR BIPOLARNY – PARAMETR h11e (WE)

PARAMETR h11e

IMPEDANCJA WEJŚCIOWA(UKŁAD WE)


TRANZYSTOR BIPOLARNY – PARAMETR h11e

iB

uBB

Be i

uh 11

CeBeC

CeBeB

uhihiuhihu

2221

1211



Sposób wyznaczania impedancji wejściowej z charakterystyk wejściowych tranzystora UBE=f(IB) dla UCE=const

-IB [µA]120

80

40

0.3 0.6 UBE [V]

UCE>0UCE=0WEJŚCIOWA

ΔUBE

ΔIB

constUB

BEe CEI

Uh

11

h11e – kilka kiloomów



PARAMETR h12e

WSPÓŁCZYNNIK SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO

(UKŁAD WE)



C

Be u

uh 12

CeBeC

CeBeB

uhihiuhihu

2221

1211

iB=0uB

uC



UBE [V]

Sposób wyznaczania współczynnika sprzężenia zwrotnego z charakterystyk sprzężenia zwrotnego UBE=f(UCE) dla IB=const

0.6

0.4

0.2

8 10 -UCE [V]

IB=120μASPRZĘŻENIA ZWROTNEGO

642

IB=40μA

IB=0

ΔUCE ΔUBE

constICE

BEe BU

Uh

12

h12e – (0.1÷8) 10-4



PARAMETR h21e

ZWARCIOWY WSPÓŁCZYNNIK WZMOCNIENIA PRĄDOWEGO

(UKŁAD WE)



B

Ce i

ih 21

CeBeC

CeBeB

uhihiuhihu

2221

1211

iB

uC=0

iC



Sposób wyznaczania zwarciowego współczynnika wzmocnienia prądowego z charakterystyk przejściowych tranzystora IC=f(IB)

dla UCE=const

100

-IC [mA]

IB [μA]

PRZEJŚCIOWA

20 60

|-UCE|>0V

UCE=0V3

6

9

ΔIB

ΔIC

constUB

Ce CEI

Ih

21

h21e – 20÷200


TRANZYSTOR BIPOLARNY –PARAMETR h22e (WE)

PARAMETR h22e

ADMITANCJA WYJŚCIOWA(UKŁAD WE)



C

Ce u

ih 22

CeBeC

CeBeB

uhihiuhihu

2221

1211

iB=0uC

iC



Sposób wyznaczania admitancji wyjściowej z charakterystyk wyjściowych tranzystora IC=f(UCE) dla IB=const

4 8

-IC [mA]

-UCE [V]

WYJŚCIOWA

2 6

IB=60 [μA]

IB=20 [μA]

IB=0

ΔUCE ΔIC

constICE

Ce BU

Ih

22

h22e – (10÷100) μS



PARAMETRY TYPU hij

SymbolSymbol SymbolSymbol OpisOpis

hh1111 hhii Impedancja wejściowa Impedancja wejściowa ((iinput impedancenput impedance))

hh1212 hhrr Wsp. sprzężenia zwrot. Wsp. sprzężenia zwrot. ((voltage voltage rratioatio))

hh2121 hhff Wsp. wzmocnienia prąd. Wsp. wzmocnienia prąd. ((fforward current gainorward current gain))

hh2222 hhoo Admitancja wyjściowa Admitancja wyjściowa ((ooutput admitanceutput admitance))



PARAMETRY TYPU hij

WEWE eeWBWB bbWCWC cc

układ pracyukład pracy parametry hparametry hwspólny emiterwspólny emiter hhieie, , hhrere, , hhfefe, , hhoeoe,,

wspólna bazawspólna baza hhibib, , hhrbrb, , hhfbfb, , hhobob,,

wspólny kolektorwspólny kolektor hhicic, , hhrcrc, , hhfcfc, , hhococ,,



PARAMETRY TYPU hij

CCoe

BCfe

CBre

BBie

uih

iihuuhiuh

/

///

CCob

ECfb

CErb

EEib

uih

iihuuhiuh

/

///

EEoc

BEfc

EBrc

BBic

uih

iihuuhiuh

/

///

Wspólny emiter Wspólna baza Wspólny kolektor


TRANZYSTOR BIPOLARNY – PARAMETRY

PORÓWNANIE PARAMETRÓW βDC I βac

IC

IB

ICQ

IBQ

Q

0

IC

IB

ΔIC

ΔIB

Q (IC, IB)

0

BCDC II / BCac II /


TRANZYSTOR BIPOLARNY – SCHEMAT ZASTĘPCZY

SCHEMAT ZASTĘPCZY TRANZYSTORA BIPOLARNEGO

WYKORZYSTUJĄCY PARAMETRY TYPU h



SCHEMAT ZASTĘPCZY - OGÓLNY

iwe

hi

hruwy hf iwe ho uwy



SCHEMAT ZASTĘPCZY – UKŁAD WE

iB

hie

hreuC hfe iB hoe uC

baza kolektor

emiter



SCHEMAT ZASTĘPCZY – UKŁAD WB

iE

hib

hrbuC hfb iE hob uC

baza

kolektoremiter



TRANZYSTOR BIPOLARNY PARAMETRY TYPU „r”



parametrparametr opisopis

ααacac Parametr alfa (ac) (iParametr alfa (ac) (iCC/i/iEE))

ββacac Parametr beta (ac) (iParametr beta (ac) (iCC/i/iBB))

r`r`ee Rezystancja emitera (ac)Rezystancja emitera (ac)

r`r`bb Rezystancja bazy (ac)Rezystancja bazy (ac)

r`r`cc Rezystancja kolektora (ac)Rezystancja kolektora (ac)



SCHEMAT ZASTĘPCZY TRANZYSTORA BIPOLARNEGO

WYKORZYSTUJĄCY PARAMETRY TYPU „r”

Elementy ElektroniczneElementy ElektroniczneDr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected])r


Kolektorre`

rc`

rb`ie ib

αac ieEmiter

Baza



Uproszczenie schematu zastępczego:

1. Ze względu na niewielkie wartości rezystancji bazy, można „rezystor bazowy” w schemacie zastępczym pominąć (zwarcie)

2. Ze względu na duże, rzędu setek kiloomów wartości rezystancji kolektora, można „rezystor kolektorowy” pominąć (rozwarcie)



Kolektorre`αac ie=βac ib

Emiter

Baza

rb` - zwarcie, rc` - rozwarcie



Rezystancja emitera re`

O wartości tej rezystancji decyduje rezystancja (różniczkowa) złącza p-n spolaryzowanego w

kierunku przewodzenia, dla określonego punktu pracy IE (T=300K)

Ee ImVr /8,25,



C

E

B

re`

βac ib

C

E

B

βac ib

re`ib

Elementy Elektroniczne

Documents

Transcript of Elementy Elektroniczne