wyk ad 5 – TRANZYSTOR BIPOLARNY (cz. 2)łpolibuda.dyn.pl/id5/elektronika/wyk/eie-wyk05.pdf ·...

Elektronika i energoelektronikaElektronika i energoelektronika

wyk ad 5 – TRANZYSTOR BIPOLARNY (cz. 2)łwyk ad 5 – TRANZYSTOR BIPOLARNY (cz. 2)ł

Lublin, kwiecie 2008ńLublin, kwiecie 2008ń

Wydzia Elektrotechniki i InformatykiłWydzia Elektrotechniki i Informatykił

Politechnika LubelskaPolitechnika Lubelska

2 z cza p-nłą

� tranzystory bipolarne (BJT, HBT)tranzystory bipolarne (BJT, HBT)� lepsze emitery promieniowanialepsze emitery promieniowania� lepsze detektory promieniowanialepsze detektory promieniowania

pp ppnn

BJT = BJT = bbipolar ipolar jjunction unction ttransistorransistorHBT = HBT = hheterojunction eterojunction bbipolar ipolar ttransistorransistor

Tranzystor bipolarnyTranzystor bipolarny

p

n+

n

UBE

UCE

OE

UBC

UEC

OC

UEB UCB

OB

emiter

baza

kolektor

wspólny emiter

wspólna baza wspólny

kolektor

WE

WB

WC

Uk ady po czeł łą ńUk ady po czeł łą ń

Model wielkosygna owy tranzystorałModel wielkosygna owy tranzystorał

Tranzystor n-p-n w konfiguracji WE (a) i jego model wielkosygna owy (b).łTranzystor n-p-n w konfiguracji WE (a) i jego model wielkosygna owy (b).ł

Tranzystor dla zakresu w.cz.Tranzystor dla zakresu w.cz.

� tranzystory ma ej mocy, których najwa niejszymi ł żtranzystory ma ej mocy, których najwa niejszymi ł ż

parametrami s : cz stotliwo graniczna, wzmocnienie i ą ę śćparametrami s : cz stotliwo graniczna, wzmocnienie i ą ę ść

wspó czynnik szumów,łwspó czynnik szumów,ł

� tranzystory du ej mocy, których najwa niejszymi ż żtranzystory du ej mocy, których najwa niejszymi ż ż

parametrami s : cz stotliwo graniczna, moc rozproszona i ą ę śćparametrami s : cz stotliwo graniczna, moc rozproszona i ą ę ść

wzmocnienie mocy.wzmocnienie mocy.

Cz stotliwo fę śćCz stotliwo fę śćTT

Pulsacja Pulsacja ��TT

jest odwrotno ci czasu przej cia sygna u od ś ą ś ł jest odwrotno ci czasu przej cia sygna u od ś ą ś ł

emitera do kolektora, na który sk adaj si :ł ą ęemitera do kolektora, na który sk adaj si :ł ą ę

� czas adowania warstwy zaporowej z cza E-B;ł łączas adowania warstwy zaporowej z cza E-B;ł łą

� czas przelotu no ników przez baz ;ś ęczas przelotu no ników przez baz ;ś ę

� czas adowania warstwy zaporowej z cza B-C;ł łączas adowania warstwy zaporowej z cza B-C;ł łą

� czas przelotu no ników przez warstw z cza B-Cś ę łączas przelotu no ników przez warstw z cza B-Cś ę łą

Wymagania tranzystora w.cz.Wymagania tranzystora w.cz.

Wymagania konstrukcyjne i technologiczne dla tranzystorów Wymagania konstrukcyjne i technologiczne dla tranzystorów

w.cz. ma ej mocy:łw.cz. ma ej mocy:ł

� ma e powierzchnie z czy;ł łąma e powierzchnie z czy;ł łą

� cienka baza, du y gradient koncentracji domieszek w bazie żcienka baza, du y gradient koncentracji domieszek w bazie ż

oraz dobór materia u o du ej warto ci wspó czynnika dyfuzji;ł ż ś łoraz dobór materia u o du ej warto ci wspó czynnika dyfuzji;ł ż ś ł

� ma a warto rezystancji szeregowej kolektora rł śćma a warto rezystancji szeregowej kolektora rł śćcc;;

� cienka warstwa zaporowa z cza B-C.łącienka warstwa zaporowa z cza B-C.łą

Bipolarny tranzystor mocyBipolarny tranzystor mocy

Przewodz pr dy rz du kilkudziesi ciu amperów i wytrzymuj � � � � �Przewodz pr dy rz du kilkudziesi ciu amperów i wytrzymuj � � � � �

napi cia o warto ciach kilkuset woltów.� �napi cia o warto ciach kilkuset woltów.� �

W celu zapewnienia lepszego W celu zapewnienia lepszego

odprowadzania ciep a stosuje si � �odprowadzania ciep a stosuje si � �

du e obudowy o jednej p askiej i � �du e obudowy o jednej p askiej i � �

g adkiej powierzchni zapewniaj cej � �g adkiej powierzchni zapewniaj cej � �

dobry styk z radiatorem.dobry styk z radiatorem.

Obudowa cz sto spe nia równie � � �Obudowa cz sto spe nia równie � � �

funkcj elektrody kolektora � dobre �funkcj elektrody kolektora � dobre �

odprowadzenie ciep a z obszaru �odprowadzenie ciep a z obszaru �

z cza baza-kolektor.��z cza baza-kolektor.��


Dla du ej cz stotliwo ci � � �Dla du ej cz stotliwo ci � � �

granicznej wa ny jest �granicznej wa ny jest �

równomierny rozk ad �równomierny rozk ad �

g sto ci pr du emitera.� � �g sto ci pr du emitera.� � �

Efekt ten uzyskuje si �Efekt ten uzyskuje si �

poprzez zastosowanie poprzez zastosowanie

odpowiednie konstrukcji odpowiednie konstrukcji

elektrod emitera i bazy.elektrod emitera i bazy.


Budowa strukturalna bipolarnego tranzystora mocyBudowa strukturalna bipolarnego tranzystora mocy


Niski wspó czynnik wzmocnienia �Niski wspó czynnik wzmocnienia � wynosz cy ~5�20.� � wynosz cy ~5�20.� �

Jest to wynik kompromisu wyboru grubo ci bazy: �Jest to wynik kompromisu wyboru grubo ci bazy: �

wy sze �wy sze � � wy sze napi cie przebicia� � � � wy sze napi cie przebicia� � �

Zwi kszenie wspó czynnika ę łZwi kszenie wspó czynnika ę ł

mo na osi gn stosuj c � � � �� mo na osi gn stosuj c � � � ��

tranzystory mocy pracuj ce �tranzystory mocy pracuj ce �

w uk adzie Darlingtona�w uk adzie Darlingtona�

12

Prze cznikłą (Elektronika cyfrowa)

TRANZYSTOR

V+ -

np. mikroprocesor, pami ęć

Wzmacniacz (Elektronika analogowa)

TRANZYSTOR

V+ -

np. czujnik, radio

Dwa g ówne zastosowania tranzystorów:łDwa g ówne zastosowania tranzystorów:łprze czanie i wzmacnianiełąprze czanie i wzmacnianiełą

Tranzystor - prze cznikłąTranzystor - prze cznikłą

Prze czanie tranzystora polega na przej ciu chwilowego punktu łą śPrze czanie tranzystora polega na przej ciu chwilowego punktu łą śpracy tranzystora ze stanu zatkania do stanu nasycenia, lub w pracy tranzystora ze stanu zatkania do stanu nasycenia, lub w kierunku odwrotnym wzd u linii prostej pracy tranzystora. ł żkierunku odwrotnym wzd u linii prostej pracy tranzystora. ł żPrze czanie tranzystora mo na uzyska pod wp ywem skokowej łą ż ć łPrze czanie tranzystora mo na uzyska pod wp ywem skokowej łą ż ć łzmiany sygna u steruj cego.ł ązmiany sygna u steruj cego.ł ą

Stan aktywnyStan aktywny tranzystora jest podstawowym stanem pracy tranzystora jest podstawowym stanem pracy

wykorzystywanym we wzmacniaczach; w tym zakresie pracy tranzystor wykorzystywanym we wzmacniaczach; w tym zakresie pracy tranzystor

charakteryzuje si du ym wzmocnieniem pr dowym (kilkadziesi t-kilkuset).ę ż ą ącharakteryzuje si du ym wzmocnieniem pr dowym (kilkadziesi t-kilkuset).ę ż ą ą

Stany nasycenia i zaporowyStany nasycenia i zaporowy stosowane s w technice impulsowej, jak ąstosowane s w technice impulsowej, jak ą

równie w uk adach cyfrowych.ż łrównie w uk adach cyfrowych.ż ł

Stan aktywny inwersyjnyStan aktywny inwersyjny nie jest powszechnie stosowanych, nie jest powszechnie stosowanych,

poniewa ze wzgl dów konstrukcyjnych tranzystor charakteryzuje si ż ę ęponiewa ze wzgl dów konstrukcyjnych tranzystor charakteryzuje si ż ę ę

wówczas gorszymi parametrami ni w stanie aktywnym (normalnym), m.in. żwówczas gorszymi parametrami ni w stanie aktywnym (normalnym), m.in. ż

mniejszym wzmocnieniem pr dowym.ąmniejszym wzmocnieniem pr dowym.ą

Obszary pracy tranzystoraObszary pracy tranzystora

Obszary pracy tranzystoraObszary pracy tranzystora

1

0

Praca dynamicznaPraca dynamiczna

UCC

= ICR

C - U

BC + U

BE

Efekty II rz duęEfekty II rz duę

� efekt modulacji szeroko ci bazy (efekt Early'ego)śefekt modulacji szeroko ci bazy (efekt Early'ego)ś� pojawienie si pola elektrycznego i sk adowej dryftowej praduę łpojawienie si pola elektrycznego i sk adowej dryftowej praduę ł

� du e poziomy wstrzykiwania no ników w bazież śdu e poziomy wstrzykiwania no ników w bazież ś

Wspó czynnik przesterowaniałWspó czynnik przesterowaniał

KKFF(I(I

CC) = ) = �� ·· II

BSBS/I/I

CC

Im wi ksza jest warto pr du bazy, ę ść ąIm wi ksza jest warto pr du bazy, ę ść ątym wi ksza jest g boko nasycenia tranzystora.ę łę śćtym wi ksza jest g boko nasycenia tranzystora.ę łę ść

gdzie,gdzie,

= I� = I�CC/I/I

BFBF

Czasy prze czaniałąCzasy prze czaniałą

Pojemno w czona równolegle do oporno ci w obwodzie ść łą śPojemno w czona równolegle do oporno ci w obwodzie ść łą śbazy jest przyczyn przesterowania tranzystora w stanach ąbazy jest przyczyn przesterowania tranzystora w stanach ąprzej ciowych.śprzej ciowych.śStosuj c tak zwan pojemno przyspieszaj c mo na ą ą ść ą ą żStosuj c tak zwan pojemno przyspieszaj c mo na ą ą ść ą ą żznacznie zmniejszy czas narastania.ćznacznie zmniejszy czas narastania.ć

Czasy prze czaniałąCzasy prze czaniałą

Zmniejszenie czasów przeci gania i opadania mo na uzyska ą ż ćZmniejszenie czasów przeci gania i opadania mo na uzyska ą ż ćprze czaj c tranzystor dwukierunkowymi zmianami napi cia łą ą ęprze czaj c tranzystor dwukierunkowymi zmianami napi cia łą ą ęgeneratora steruj cego.ągeneratora steruj cego.ą

Elektronika i energoelektronikaElektronika i energoelektronika

wyk ad 6 – TRANZYSTOR POLOWYłwyk ad 6 – TRANZYSTOR POLOWYł

Lublin, kwiecie 2008ńLublin, kwiecie 2008ń

Wydzia Elektrotechniki i InformatykiłWydzia Elektrotechniki i Informatykił

Politechnika LubelskaPolitechnika Lubelska

Trójko cówkowy pó przewodnikowy element elektroniczny, ń łTrójko cówkowy pó przewodnikowy element elektroniczny, ń ł

posiadaj cy zdolno wzmacniania sygna u elektrycznego. ą ść łposiadaj cy zdolno wzmacniania sygna u elektrycznego. ą ść ł

Nazwa tranzystor pochodzi z angielskiego zwrotu "TRANSfer Nazwa tranzystor pochodzi z angielskiego zwrotu "TRANSfer

resISTOR", który oznacza element transformuj cy rezystancj .ą ęresISTOR", który oznacza element transformuj cy rezystancj .ą ę

Wyró nia si dwie g ówne grupy tranzystorów, ró ni ce si � � � � � �Wyró nia si dwie g ówne grupy tranzystorów, ró ni ce si � � � � � �

zasadniczo zasad dzia ania:� �zasadniczo zasad dzia ania:� �

• Tranzystory bipolarneTranzystory bipolarne, w których pr d wyj ciowy jest � �, w których pr d wyj ciowy jest � �

funkcj pr du wej ciowego (sterowanie pr dowe).� � � �funkcj pr du wej ciowego (sterowanie pr dowe).� � � �

• Tranzystory unipolarneTranzystory unipolarne (tranzystory polowe), w których (tranzystory polowe), w których

pr d wyj ciowy jest funkcj napi cia (sterowanie � � � �pr d wyj ciowy jest funkcj napi cia (sterowanie � � � �

napi ciowe).�napi ciowe).�

TranzystorTranzystor

Tranzystor unipolarny (polowy)Tranzystor unipolarny (polowy)

� Dzia anie jest oparte na transporcie łDzia anie jest oparte na transporcie ł TYLKOTYLKO jednego jednego

rodzaju no ników (wi kszo ciowych) – stad nazwa ś ę środzaju no ników (wi kszo ciowych) – stad nazwa ś ę ś

unipolarne.unipolarne.� Sterowanie odbywa si za pomoc poprzecznego pola ę ąSterowanie odbywa si za pomoc poprzecznego pola ę ą

elektrycznego – st d nazwa polowe.ąelektrycznego – st d nazwa polowe.ą� W literaturze wiatowej maj nazw FET ś ą ęW literaturze wiatowej maj nazw FET ś ą ę (ang. Field Effect (ang. Field Effect

Transistor).Transistor).

JFETJFET MISFETMISFET

Tranzystory poloweTranzystory polowe

JFETJFET – ang. Junction Field Effect Transistor – ang. Junction Field Effect TransistorMISFETMISFET – ang. Metal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor – ang. Metal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor

Podzia tranzystorów polowychłPodzia tranzystorów polowychł

Ze wzgl du na sposób odizolowania bramki od kana u.ę łZe wzgl du na sposób odizolowania bramki od kana u.ę ł

dielektrykdielektryk

FETFET Field Effect TransistorField Effect Transistor

MESFETMESFET MEtal-Semiconductor FETMEtal-Semiconductor FET

JEFTJEFT Junction FETJunction FET

MOSFETMOSFET Metal-Oxide-Semiconductor FETMetal-Oxide-Semiconductor FET

MISFETMISFET Metal-Insulator-Semiconductor FETMetal-Insulator-Semiconductor FET

IGFETIGFET Insulated Gate FETInsulated Gate FET

CMOSCMOS Complementary MOSComplementary MOS

PMOSPMOS P(channel) MOSP(channel) MOS

NMOSNMOS N(channel) MOSN(channel) MOS

HEMTHEMT High-Electron-Mobility-TransistorHigh-Electron-Mobility-Transistor

MODFETMODFET Modulation Doped FETModulation Doped FET

HFETHFET Heterostructure FETHeterostructure FET

QWQW Quantum WellQuantum Well

SQWSQW Single Quantum WellSingle Quantum Well

2DEG2DEG 2 Dimmensional Electron - Gas2 Dimmensional Electron - Gas

Obja nienia skrótówśObja nienia skrótówś

� Dzia anie tych tranzystorów polega na sterowanym transporcie łDzia anie tych tranzystorów polega na sterowanym transporcie łjednego rodzaju no ników, czyli albo elektronów albo dziur.śjednego rodzaju no ników, czyli albo elektronów albo dziur.ś� Sterowanie transportem tych no ników, odbywaj cym si w cz ci ś ą ę ęśSterowanie transportem tych no ników, odbywaj cym si w cz ci ś ą ę ęśtranzystora zwanej kana em, odbywa si za po rednictwem zmian ł ę śtranzystora zwanej kana em, odbywa si za po rednictwem zmian ł ę śpola elektrycznego przy o onego do elektrody zwanej bramk .ł ż ąpola elektrycznego przy o onego do elektrody zwanej bramk .ł ż ą� Bramka jest odizolowana od kana u (MISFET), a wi c pomi dzy ni ł ę ę ąBramka jest odizolowana od kana u (MISFET), a wi c pomi dzy ni ł ę ę ąa pozosta ymi elektrodami tranzystora polowego, znajduj cymi si ł ą ęa pozosta ymi elektrodami tranzystora polowego, znajduj cymi si ł ą ęna obu ko cach kana u (zwanych ród em oraz drenem) wyst puje ń ł ź ł ęna obu ko cach kana u (zwanych ród em oraz drenem) wyst puje ń ł ź ł ębardzo du a impedencjażbardzo du a impedencjaż .

Zasada dzia aniałZasada dzia aniał

OFF ON

ród oź ł ród oź ł

bramkabramka

zlewzlew zlewzlew

JFETJFET

Tranzystory JFET dzielimy na:Tranzystory JFET dzielimy na: � PNFETPNFET – ze z czem p-nłą – ze z czem p-nłą� MESFETMESFET – ze z czem m-słą – ze z czem m-słą

Bramka izolowana od kana u za pomoc z cza spolaryzowanego ł ą łąBramka izolowana od kana u za pomoc z cza spolaryzowanego ł ą łąw kierunku zaporowym. w kierunku zaporowym. Pr d bramki – pr d wsteczny z cza (bardzo ma y pA-nA).ą ą łą łPr d bramki – pr d wsteczny z cza (bardzo ma y pA-nA).ą ą łą ł

Warstwa zaporowa bardzo Warstwa zaporowa bardzo p ytko wnika w obszar bramki łp ytko wnika w obszar bramki ł(silne domieszkowanie) oraz (silne domieszkowanie) oraz g boko w obszar kana u.łę łg boko w obszar kana u.łę ł

UUDSDS

=const (dodatnie, ale bliskie zeru); =const (dodatnie, ale bliskie zeru);

zwi kszamy Uęzwi kszamy UęGSGS

� ma a warstwa zaporowałma a warstwa zaporował� kana szerokiłkana szerokił� rezystancja kana u ma ał łrezystancja kana u ma ał ł� pr d drenu „du y”ą żpr d drenu „du y”ą ż

UUPP – napi cie odci cia kana uę ę ł – napi cie odci cia kana uę ę ł

� „ „zetkni cie” warstw zaporowychęzetkni cie” warstw zaporowychę� kana „przestaje istnie ”ł ćkana „przestaje istnie ”ł ć� rezystancja kana u bardzo du a (~Gł żrezystancja kana u bardzo du a (~Gł ż ��))� pr d drenu zerowyąpr d drenu zerowyą� dalszy wzrost Udalszy wzrost U

GSGS mo e doprowadzi do ż ć mo e doprowadzi do ż ć

przebicia z czałąprzebicia z czałą

JFET – charakterystyka przej ciowaśJFET – charakterystyka przej ciowaś

JFET – charakterystyka wyj ciowaśJFET – charakterystyka wyj ciowaśUU

GSGS=0; zwi kszamy Uę=0; zwi kszamy Uę

DSDS

� przy ma ych napi ciach Uł ęprzy ma ych napi ciach Uł ęDSDS

tranzystor zachowuje sie prawie jak rezystor liniowy: tranzystor zachowuje sie prawie jak rezystor liniowy:

� przyrosty pr du s praktycznie proporcjonalne do przyrostów napie . ą ą ćprzyrosty pr du s praktycznie proporcjonalne do przyrostów napie . ą ą ć� wzrost Uwzrost U

DSDS powoduje coraz silniejsze zaw anie kana u => ro nie R kana u => ęż ł ś ł powoduje coraz silniejsze zaw anie kana u => ro nie R kana u => ęż ł ś ł

przyrosty pr du s coraz mniejsze.ą ąprzyrosty pr du s coraz mniejsze.ą ą

Przy UPrzy UDSDS

= U = UDSsatDSsat

(napi cie nasycenia) nast puje �zetkni cie si � warstw � � � � (napi cie nasycenia) nast puje �zetkni cie si � warstw � � � �

zaporowych, ale nie powoduje to zatkania kana u. �zaporowych, ale nie powoduje to zatkania kana u. �

Dalszy wzrost UDalszy wzrost UDSDS

powoduje �wyd u enie si � strefy �zetkni cia� i proporcjonalny � � � � powoduje �wyd u enie si � strefy �zetkni cia� i proporcjonalny � � � �

wzrost rezystancji kana u => pr d praktycznie si nie zmienia (s abo ro nie).� � � � �wzrost rezystancji kana u => pr d praktycznie si nie zmienia (s abo ro nie).� � � � �

Dlaczego „zetkni cie si ” warstw zaporowych nie powoduje Ię ęDlaczego „zetkni cie si ” warstw zaporowych nie powoduje Ię ę DD = 0? = 0?

Za ó my, e wzrost U� � �Za ó my, e wzrost U� � �DSDS

spowoduje zmniejszenie warto ci pr du I� � spowoduje zmniejszenie warto ci pr du I� �DD maleje spadek maleje spadek

napi cia na rezystancji kana u:� �napi cia na rezystancji kana u:� �

� zmniejsza si szeroko warstw zaporowych� ��zmniejsza si szeroko warstw zaporowych� ��

� ro nie przekrój kana u� �ro nie przekrój kana u� �

� maleje rezystancja kana u�maleje rezystancja kana u�

� ro nie pr d I� �ro nie pr d I� �DD

WYNIK PRZECZY ZA O ENIUŁ ŻWYNIK PRZECZY ZA O ENIUŁ ŻOpis zjawisk fizycznych do skomplikowany śćOpis zjawisk fizycznych do skomplikowany ść ((Wies aw Marciniak „Przyrz dy ł ąWies aw Marciniak „Przyrz dy ł ą

pó przewodnikowe i uk ady scalone”)ł łpó przewodnikowe i uk ady scalone”)ł ł

JFET – charakterystyka wyj ciowaśJFET – charakterystyka wyj ciowaś

Trazystory polowe z izolowan bramką ąTrazystory polowe z izolowan bramką ą

Tranzystory MISFET (MOSFET) s zasadniczo elementami czterozaciskowymi ąTranzystory MISFET (MOSFET) s zasadniczo elementami czterozaciskowymi ą(czwart ko cówk jest wyprowadzeniem pod o a).ą ń ą ł ż(czwart ko cówk jest wyprowadzeniem pod o a).ą ń ą ł żBardzo cz sto w tranzystorach dyskretnych pod o e po czone jest ze ród em.ę ł ż łą ź łBardzo cz sto w tranzystorach dyskretnych pod o e po czone jest ze ród em.ę ł ż łą ź ł

Mechanizm dzia ania wszystkich łMechanizm dzia ania wszystkich łtranzystorów MIS jest podobny tranzystorów MIS jest podobny i opiera si przede wszystkim na ęi opiera si przede wszystkim na ępowstawaniu warstwy inwersyjnej powstawaniu warstwy inwersyjnej przy powierzchni pó przewodnika łprzy powierzchni pó przewodnika łpod warstwa dielektryka.pod warstwa dielektryka.

Warstwa inwersyjna pe ni rol kana u ł ę łWarstwa inwersyjna pe ni rol kana u ł ę łw tranzystorach z kana em łw tranzystorach z kana em łindukowanym lub funkcj warstwy ęindukowanym lub funkcj warstwy ęzmniejszaj cej przekrój kana u w ą łzmniejszaj cej przekrój kana u w ą łtranzystorach z kana em łtranzystorach z kana em łwbudowanym.wbudowanym.

Kolejne istotne zjawisko w tranzystorach MISFET to wzbogacanie Kolejne istotne zjawisko w tranzystorach MISFET to wzbogacanie i zubo anie kana u w swobodne no niki adunku elektrycznego.ż ł ś łi zubo anie kana u w swobodne no niki adunku elektrycznego.ż ł ś ł

Struktura tranzystora MISFETStruktura tranzystora MISFET

z kana em wbudowanym łz kana em wbudowanym ł(zubo onym)ż(zubo onym)ż

z kana em indukowanym łz kana em indukowanym ł(wzbogacanym)(wzbogacanym)

Tranzystory NMOS i PMOSTranzystory NMOS i PMOS

• W czany łą ujemnymi napi ciami ębramki i drenu

• Pr d wywo any jest dryftem ą łdodatnich (positive) dziur

• W czany łą dodatnimi napi ciami ębramki i drenu

• Pr d wywo any jest dryftem ujemnych ą ł(negative) elektronów

+VG

n n

Krzem p

+VD

n kana owył

- - ---

-

-

-

--

-

--

-

-VG

p p

Krzem n

-VD

p kana owył

+ + +++

+

++

++

+

++

Kana indukowany typu NłKana indukowany typu Nł

Dodatni potencja na bramce powoduje łDodatni potencja na bramce powoduje łindukowanie sie adunków ujemnych łindukowanie sie adunków ujemnych ł(elektronów) w cienkiej warstwie (elektronów) w cienkiej warstwie pó przewodnika pod dielektrykiem: łpó przewodnika pod dielektrykiem: ł

�zwi ksza sie koncentracja elektronów w ęzwi ksza sie koncentracja elektronów w ęobszarze pó przewodnika typu p pod łobszarze pó przewodnika typu p pod łdielektrykiemdielektrykiem� w pasmowym modelu energetycznym jest to w pasmowym modelu energetycznym jest to równoznaczne z wygieciem pasm „do do u”łrównoznaczne z wygieciem pasm „do do u”ł� przy „silnym” wygi ciu pasm w pewnym ęprzy „silnym” wygi ciu pasm w pewnym ęobszarze pó przewodnika typu p poziom łobszarze pó przewodnika typu p poziom łFermiego jest bli ej pasma przewodnictwa ni ż żFermiego jest bli ej pasma przewodnictwa ni ż żpasma walencyjnegopasma walencyjnego� inwersja typu przewodnictwainwersja typu przewodnictwa�warstwa inwersyjna typu nwarstwa inwersyjna typu n�kana indukowany typu nłkana indukowany typu nł

Tranzystory JFET mog by tylko zubo ane.ą ć żTranzystory JFET mog by tylko zubo ane.ą ć ż

pod o e p-Sił ż

L

bramka (G)

dren (D)ród o (S)ź ł

pod o e (B)ł ż

S = sourceG = gateD = drainB = bulk

n+ n+

dielektryk bramkowy

obszar zubo onyż

MOSFET – zasada dzia aniałMOSFET – zasada dzia aniał

pod o e p-Sił ż

L

G

DS

B

n+ n+obszar zubo onyż

y=0 y=L

VS = VB = 0

UGS < UT

UDS ma eł


pod o e p-Sił ż

L

G

DS

B

n+ n+

y=0 y=L

VS = VB = 0

UGS > UT

UDS ma eł

warstwa inwersyjna(kana tranzystora)ł

obszar zubo onyż


PR

D D

RE

NU

[Ą

µA

]

NAPI CIE DREN- RÓD O [mV]Ę Ź Ł

0 50 100 1500

100

200

400

600

200

500

300

UGS = 3 V

UGS = 2.5 V

UGS = 2 V

UGS = 1 V

Charakterystyki wyj ciowe -śCharakterystyki wyj ciowe -śzakres liniowyzakres liniowy

pod o e p-Sił ż

L

G

DS

B

n+ n+

y=0 y=LVS = VB = 0

UGS > UT

UDS < UGS - UT


VS = VB = 0

UGS > UT

UDS = UGS - UT = UDSsat

pod o e p-Sił ż

L

G

DS

B

y=0 y=L

n+ n+


VS = VB = 0

UGS > UT

UDS > UGS - UT = UDSsat

pod o e p-Sił ż

L

G

DS

B

y=0 y=L

n+ n+

∆L


PR

D D

RE

NU

[m

A]

Ą

NAPI CIE DREN- RÓD O [V]Ę Ź Ł

0.0 1.0 2.0 3.00.0

1.0

2.0

3.0

4.0

I D =

I Dsa

t

ZAKRES NIENASYCENIA

ZAKRES NASYCENIA

Charakterystyki wyj cioweśCharakterystyki wyj cioweś

Charakterystyka przej ciowaśCharakterystyka przej ciowaś

PR

D D

RE

NU

[m

A]

Ą

NAPI CIE BRAMKA- RÓD O [V]Ę Ź Ł

0.0 1.0 2.0 3.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

UDS = 3.0 V

UDS = 1.0 V

UDS = 0.5 V

Napi cie progowe ęUT = 0.71 V

NAPI CIE BRAMKA- RÓD O [V]Ę Ź Ł

0.0 1.0 2.0 3.00.0

1.0

2.0

1.5

0.5

PR

D D

RE

NU

[(

mA

)Ą

1/2

]

napi cie progowe ęUT = 0.71 V

2nachylenie

β=

eff oxW C

L

µβ =

Napi cie progowe UęNapi cie progowe UęTT

Charakterystyki przej cioweśCharakterystyki przej cioweś

Modele zast pcze tranzystora MOSęModele zast pcze tranzystora MOSę

Wybór modelu wynika z jego konkretnego zastosowania i jest Wybór modelu wynika z jego konkretnego zastosowania i jest zazwyczaj kompromisem pomi dzy ęzazwyczaj kompromisem pomi dzy ę dok adno cił ś ądok adno cił ś ą a a z o ono cił ż ś ąz o ono cił ż ś ą modelu. modelu.

Najdok adniejsze modele to łNajdok adniejsze modele to ł modele numerycznemodele numeryczne wymagaj ce ą wymagaj ce ąrozwi zania równa transportu w pó przewodniku (MINIMOS, ą ń łrozwi zania równa transportu w pó przewodniku (MINIMOS, ą ń łATLAS, APSYS, AVANT!...)ATLAS, APSYS, AVANT!...)

Inna klasa modeli przeznaczona Inna klasa modeli przeznaczona jest do symulacji dzia ania łjest do symulacji dzia ania łuk adów scalonych – zazwyczaj łuk adów scalonych – zazwyczaj łmaj one ąmaj one ą charakter analitycznycharakter analityczny. . Najpopularniejsze modele tego Najpopularniejsze modele tego typu zaimplementowano w typu zaimplementowano w programie SPICEprogramie SPICE

cs-05/1/(0.0;18.4)/e22_50x3; VBS=0 V; VGS=0,1,2,3,4,5 V

0.0E+0

1.0E-3

2.0E-3

3.0E-3

4.0E-3

5.0E-3

6.0E-3

0 1 2 3 4 5

VDS [V]

ID [

A]

LEV=1

LEV=2,VMAX>0

LEV=3,VMAX>0

Model a rzeczywistośćModel a rzeczywistość

Charakterystyki wyj ciowe tranzystora NMOS śCharakterystyki wyj ciowe tranzystora NMOS ś wytworzony w ITEwytworzony w ITEo wymiarach kana u W/L = 50/3ło wymiarach kana u W/L = 50/3ł µµmm

wyk ad 5 – TRANZYSTOR BIPOLARNY (cz. 2)łpolibuda.dyn.pl/id5/elektronika/wyk/eie-wyk05.pdf ·...

Documents

Transcript of wyk ad 5 – TRANZYSTOR BIPOLARNY (cz. 2)łpolibuda.dyn.pl/id5/elektronika/wyk/eie-wyk05.pdf ·...