Tranzystory

bipolarne (NPN i PNP), polowe (MOSFET), fototranzystory

Tranzystory - rodzaje

2

Tranzystor – to element, który posiada zdolność wzmacniania mocy

sygnału elektrycznego. Z uwagi na tą właściwość, tranzystor zalicza się

do grupy elementów aktywnych.

Tranzystory

bipolarne unipolarne

nazywane ‘polowe’

złączowe JFET MOS-FET

Tranzystor MOS-FET (ang. metal-oxide-semiconductor field-effect-

transistor). W skrócie nazywany jako MOS. Obecnie ponad 90%

produkowanych na świecie układów wykonywanych jest w

technologii CMOS (ang. Complementary MOS).

Pierwszy tranzystor bipolarny,

Bell Lab 1947

3

John Bardeen i Walter Brattain pokazują przyrząd

germanowy. Naukowcy zauważają, że kiedy sygnał

przechodzi przez złącze germanowe, wtedy moc

wyjściowa jest większa od wejściowej. Wyniki

badań opublikowano w 1948 r.

William Shockley odkrył zasadę działania

tranzystora bipolarnego i opublikował to w 1949 r.

Trzej naukowcy otrzymali wspólnie Nagrodę Nobla

w dziedzinie fizyki w 1956 r.

William Shockley opuścił laboratorium Bella w 1956 i założył własne w

San Francisco Bay w Kaliforni. Obecnie znane jako Dolina Krzemowa.

Wynalazek tranzystora MOS,

J.E. Lilienfeld, 1933

4

J. E. Lilienfeld uzyskał w 1933 r. patent na

wynalazek - przyrząd do regulacji prądu

elektrycznego wykorzystujący znany efekt

polowy.

Julius Edgar Lilienfeld (1882-1963), urodzony

we Lwowie.

Nazwa MOS – skrót od ang. Metal Oxide Semiconductor.

Pełna nazwa MOS FET, od ang. Metal Oxide Semiconductor Field Effect

Transistor.

Współczesny tranzystor MOSFET

5

Intel wprowadza w 1971 r. na rynek

układ scalony 4 bitowy CPU o nazwie

4004, w którym bramki tranzystorów

MOS wykonano z krzemu.

Obecnie bramki tranzystorów MOS

nie wytwarza się z metalu a z

polikrystalicznego krzemu poly-

silicon.

Nazwę MOS stosuję się nadal.

Poly silicon

6

Podstawowa struktura tranzystora

bipolarnego

Emiter KolektorE C

B

Baza

N NP

P PN

Wymagania: 1. ΝE >> ΝB

2. wB << LB

Tranzystor bipolarny jest trójkońcówkowym elementem

elektronicznym o prądowych charakterze sterowania.

Zakresy paracy tranzystora

bipolarnego

7

Polaryzacja złącz w tranzystorzezakres aktywny normalny: BE przewodząco, BC zaporowozakres nasycenia: BE przewodząco, BC przewodzącozakres aktywny inwersyjny: BE zaporowo, BC przewodzącozakres odcięcia: BE zaporowo, BC zaporowo

Charakterystyki statyczne TB

8

0UUU CBEBCE =−+

0III BCE =++

TB

I1 I2

U1 U2

Charakterystyka wejściowa ( ) constU112

UI =

Charakterystyka przejściowa

prądowo-prądowa ( ) constU122

II =

Charakterystyka przejściowa

prądowo-napięciowa ( ) constU122

UI =

Charakterystyka wyjściowa

parametryzowana prądowo ( ) constI221

UI =

Charakterystyka wyjściowa

parametryzowana napięciowo ( ) constU221

UI =

9

Charakterystyki I-U tranzystora NPNIC

IC

IC

IC

1 1

2 2

3 3 4 4

0 U 0 U UBE CE

*

0 U U*

CE

U =U U =constCE BE

*

U=

UC

E*

0 IB

1 1

2 2

3 3

4 4I =constBβ

UBE

A

UCE

IC

UBE

A

UCE

IC

A

UCE

IC

IB

A

UCE

IC

IB

10

Charakterystyka wejściowa

tranzystora NPN

UBE

AUCE

IB

IB [µA]

UBE [V]

Si

UCE=const

UCE>UBE

0 0,7V

11

BCE iii += ( )BC0CBC iiIi +⋅α+=

B0CEC iIi ⋅β+=0CB

0CB0CE I

1

II ⋅β≈

α−=

α−α

=β1

300009009 →÷=β

199889,095,0 ≈÷=α

( ) T

BE

V

u

ESBEE eIui ≈E0CBC iIi ⋅α+=

12

Schemat zastępczy tranzystora NPN

w zakresie aktywnym

0CEBC III +β=

Emiter

Baza

Kolektor

T

BE

V

U

BSB eII ≈

UBE

300009009 →÷=β

ICE0≈0

Punkt pracy tranzystora bipolarnego

13

Punkt pracy tranzystora można jednoznacznie określić w polu charakterystyk wyjściowych, jeżeli znane są IBQ, ICQ,UCEQ oraz rezystancje RB, RE, RC i napięcia źródeł zasilania EB i EC .

14

Punkt pracy tranzystora bipolarnego

15

MOSFET z kanałem indukowanym

typu ndren

(D)

źródło

(S)

bramka

(G)

open closed

(S) (D)

(G)

(S) (D)

(G)

16

Elektryczny stałoprądowy schemat zastępczy

tranzystora polowego

G D

S S

UGS UDS

I (U ,U )D GS DSI =0G

;2

DS

DS

TGSDU

UUUBI

TUGSUDSU

−−=−<

L

WCB

n

GK

µ=

( )( )2TGSD UU

2

BI

TUGSUDSU−=

−≥

zakres odcięcia UGS<UT

0ID =

zakres nienasycenia UGS>UT ; UDS<UGS-UT

zakres nasycenia UGS>UT ; UDS≥UGS-UT

17

Charakterystyki MOSFET-a z kanałem

indukowanym typu N (przykład)

ZL

Z. NASYCENIA

UDS =UGS-UT

18

Punkt pracy tranzystora MOSFET

19

Fototranzystor

Jf UCE

IC

IC=(1+β)(ICB0+If)+βIB fff JSI ⋅=

IC IC

0 UCE1

J =constf ; I =0B

Jf1

Jf2

Jf3

Jf4

UCE

Jf

U =UCE CE1

J J J Jf1 f2 f3 f4