TRANZISTORY. Struktura, náhradní schéma a schematická značka bipolárního tranzistoru NPN v zapojení se společným emitorem.

Transkript

1 BIPOLÁRNÍ TRANZISTOR - třívrstvá strutura PNP neo NPN TRANZISTORY Strutura, náhradní schéma a schematicá znača ipolárního tranzistoru NPN v zapojení se společným emitorem. Strutura, náhradní schéma a schematicá znača ipolárního tranzistoru PNP v zapojení se společným emitorem. Zapojení se společným emitorem (SE) - emitor je společnou součástí vstupního řídicího i výstupního řízeného ovodu Princip zesílení u tranzistoru (v zapojení SE): malým napětím, resp. malým proudem do áze tranzistoru ovládáme větší proud v ovodu oletoru I I e = I + I = I 1+ = I( 1+ β0) β0i I de β 0 je staticé proudové zesílení tranzistoru, β 0 = I /I 1

2 Určení správných polarit a značení typů tranzistorů šipa v emitoru označuje pracovní směry proudu oletoru i áze směr propustnosti diody áze - emitor šipa u tranzistoru typu NPN směřuje ven ze značy Zoušení neporušenosti přechodů tranzistoru stačí většinou ověřit neporušenost přechodů áze - emitor a áze oletor a) použítím přímo uazujícího multimetru ) neo dle zapojení a) ) Měření staticého proudového zesílení I v = 1 R i 1 = = , ma β 0 = I I de I = U-U R U = 0,3 V pro germaniové tranzistory U = 0,7 V pro řemíové tranzistory 2

3 Staticé vlastnosti tranzistoru SE Staticé charateristiy tranzistoru - popisují vzájemné vztahy mezi veličinami vstupními: I, U, výstupními: I, U Hyridní charateristiy - nezávisle proměnné: I, U Vstupní charateristia: U = h 1 (I, U ) ve III. vadrantu většinou uvažujeme jen U = h 1 (I ) Výstupní charateristia: I = h 2 (I, U ) souor oletorových charateristi v I. vadrantu pro parametr I souor převodních charateristi ve II. vadrantu pro parametr U 3

4 Početní řešení Charateristiy tranzistoru nahrazujeme v oolí pracovního odu jejich tečnými rovinami (vyjádření přírůstu totálním diferenciálem). Rovnice tečných rovin aproximujících charateristiy lze vyjádřit: u = h. i + h. u i = h. i + h. u h - parametry tranzistoru onstanty h jsou v rovnicích parciální derivace charateristi v pracovním odě h 11 = u i u = onst., h 12 = u u i = ont., h 21 = i i u = onst., h 22 = i u i = ont. h 11 je vstupní odpor, jehož hodnota se pohyuje v rozsahu 10 2 až 10 4 [Ω] h 12 zpětný napěťový přenos, h [-], většinou jej zanedáváme h 21 proudové zesílení, jehož hodnota se pohyuje v rozsahu 10 1 až 10 3 [-] h 22 výstupní vodivost, jehož hodnota se pohyuje v rozsahu 10-3 až 10-5 [S] Linearizované náhradní schéma tranzistoru 4

5 Mezní parametry tranzistorů jsou výrocem uvedeny v atalogu jao hlavní vodíto voly a výěru náhrady typu: Maximální oletorový proud I max ( I E max ) - dán onstrucí tranzistoru, plochou přechodů a odvodem tepla ze systému tranzistoru Maximální oletorové napětí U Kmax - dáno dovoleným závěrným napětím PN přechodu áze oletor (závisí na teplotě přechodu a na hodnotě vnějšího odporu mezi ází a emitorem) Maximální oletorový ztrátový výon P max - omezuje trvalou pracovní olast v oletorových charateristiách hyperolou, je podmíněn chlazením tranzistoru Maximální proud áze I max - dán tavným proudem přívodu áze, ývá menší než I max (přiližně 0,1 I max ) Maximální závěrné napětí U e max - je u difúzních a epitaxních tranzistorů poměrně malé, olem 5 až 8 V přepólování áze do závěrného směru - častá příčina zničení tranzistoru typ U max [V] I max [A] P tot [W] h 21 [-] f m [MHz] BC ,1 0, NPN BC ,1 0, PNP BD , NPN BD , PNP MJ NPN MJ PNP BUH NPN typ Použití tranzistorů: zesilování stejnosměrných i střídavých signálů, spínání, impedančnímu přizpůsoení realizace logicých funcí 5

6 6

7 UNIPOLÁRNÍ TRANZISTOR neoli polem řízený tranzistor, FET (Field Effect Transistor) Použití pro zesilování spínání signálů realizaci logicých funcí Charateristicé vlastnosti: velmi vysoý vstupní odpor malý řídicí příon velý rozsah oletorových proudů mělá strutura umožňuje vysoý stupeň integrace mělá strutura dorý odvod ztrátového výonu tranzistoru z čipu pracovní od lze nastavit již při výroě ez použití vnějších součástí Záladní typy unipolárních tranzistorů: MOS-FET izolace vrstvou oxidu SiO 2 (Metal Oxid Semiconductor) J-FET izolace PN přechodem v závěrném směru N neo P předřazené znau znamená typ vodivosti análu C předřazené znau znamená prve s anály P i N 7

8 Strutura tranzistoru N - MOS záladní materiál typu P tený anále vodivosti typu N tená izolační vrstva SiO 2 napařena ovová řídicí eletroda G 1 Princip a schematicá znača tranzistoru N-MOS vývody: E - emitor (též S - source) K - oletor (též D - drain) G 1 - řídicí eletroda (gate) Tranzistor je řízen napětím na řídicí eletrodě U G. Intenzitou dotace příměsi v análu je možno vyroit tranzistory s modem: ochuzujícím - propouštějí oletorový proud při nulovém U G oohacujícím - jsou při U G = 0 nevodivé Šipa v G 2 znázorňuje vodivost diody anál - G 2 (sustrát). Oohacující se anál se reslí čárovaně. 8

9 Staticé charateristiy unipolárního transistoru Staticé charateristiy unipolárního transistoru N-MOS s ochuzujícím análem Vstupní charateristiy se nereslí. Výstupní charateristiu v oolí pracovního odu lze nahradit lineární aproximací dle I = y. U + y. U 21 G 22 de parametry jsou strmosti charateristi: převodní y 21 = S je řídicí strmost (ývá 0,3 až 30 ms) výstupní y 22 - výstupní vodivost (ývá 10-5 až 10-3 ms) Mezní parametry I max, U max, P max - dány stejně (i řádově) jao u ipolárních tranzistorů. U gmax je u MOS - FETů v oou polaritách stejná, asi 20 V - přeročení vede oamžitému zničení tranzistoru 9

10 Porovnání vlastností unipolárních a ipolárních tranzistorů Výhody polem řízených tranzistorů proti ipolárním: 1. Velmi vysoý vstupní odpor (10 9 až Ω), nulový vstupní proud, nulový vstupní příon ve staticém režimu. 2. Výstupní ovod otevřeného tranzistoru se chová jao ohmicý odpor, při malém proudu I je napětí U tranzistoru téměř nulové (R DS(on) < 1 Ω). 3. Možnost velmi velé hustoty integrace, protože: a) mělá strutura lze dosáhnout velé rozlišovací schopnosti při výroě ) velmi malý vstupní příon umožňuje navrhnout i předchozí stupně na malý výon a umístit je na malé ploše c) tím, že lze volit ochuzením či oohacením análu polohu charateristiy pro U G = 0, zjednoduší se ovody pro nastavení a posouvání pracovního odu 4. Relativně malý vlastní šum, zejména u J-FETů, teré pracují až do velmi vysoých frevencí (20 GHz). Nevýhodou MOS-FETů je neezpečí snadného proražení řídicí eletrody, poud není chráněna. 10