FEKT VUT v Brně ESO / P7 / J.Boušek 1 FEKT VUT v Brně ESO / P7 / J.Boušek 2

Transkript

1 UML FK VU V RNĚ J.ošek / lektronické sočástky / P6 echnologie výroby bipolárního tranzistor echnologie výroby bipolárního tranzistor slitinová Diskrétní tranzistor Kolektor sbstrát difúzní PAXNÍ MSA ntegrovaný tranzistor Ponořený kolektor (topený, brried) FK VU v rně SO / P7 / J.ošek FK VU v rně SO / P7 / J.ošek echnologie výroby bipolárního tranzistor Zapojení s bipolárním tranzistorem Plastová pozdra standardní, možnost koroze Kovová pozdra hermetické zavření, menší tepelný odpor Čtvrtý vývod vf tranzistorů stínění emitor báze FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 3 FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 4 prodové zesílení v zapojení S Prodový zesilovací činitel pro zapojení S α n n + + p p n n α konst. FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 5 p p p p n p α γ n+ p p p p p α M γ - injekční účinnost emitor (NA >> ND pro PNP ) α - bázový transportní sočinitel (enká báze + plocha kolektor + malá rekombinace nosičů v báz vzdálený kontakt báze) M - kolektorový mltiplikační sočinitel (vyžití lavinového jev) p p U prodový zesilovací činitel pro zapojení S β β α + β / α ( )/ α β konst. Velikost prodového zesilovacího činitele je závislá na pracovním bodě tranzistor a teplotě (rozdíl až 00%). Prodové zesilovací činitele rčené ze střídavých hodnot a stejnosměrných hodnot se liší!!!! (Rozdíl lze obvykle (!!) zanedbat.) prodové zesílení v zapojení S FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 6 U

2 UML FK VU V RNĚ J.ošek / lektronické sočástky / P6 označení napětí a prodů ipolární tranzistor - vliv závěrný prod přechod, nezávisí na prod emitor a při konstantní teplotě téměř nezávisí na napětí. Při odpojené bázi protéká 0 z báze do emitor: - způsobí úbytek napětí na přechod - zmenšení potenciálové bariéry (U D -U ) difúze nosičů z emitor elkový prod: 0 ( + β) 0 β 0 při odpojené bázi β + ( + β) 0 β + 0 pro S + ( + β) ( + 0 ) ( + β) + 0 pro S αi + 0 pro S (základ model podle berse a Molla) 0 - obvykle zanedbáváme zesilovačů ( Si velmi malý) 0 - ovlivňje průrazné napětí spínače s!!!!!!!!!!!!!!!!!!! FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 7 FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 8 - statické charakteristiky v zapojení S Prodová převodní charakteristika: Výstpní charakteristika: i f(i ) ; konst. i f( ); i konst. koncentrace min. nosičů v bázi ipolární tranzistor arlyho jev depletiční vrstva Přechod se rozšiřje směrem do báze fektivní šířka báze se zmenšje 0 w x koncentrace min. nosičů v bázi depletiční vrstva Účinnější odsávání nosičů: prod roste vzrůst ß Vstpní charakteristika: Zpětná napěťová převodní charakteristika: i f( ) ; konst. f( ) ; i konst. FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 9 < 0 w x a) i i b) βef β + U Výstpní odpor klesá: U + U + R i 0 + α i N FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 0 Normální a inverzní režim jako spínač v inverzním zapojení nverzní režim Difúze z kolektor mitor odsává Normální režim Difúze z emitor Kolektor odsává malé satrační napětí velké prodové zesílení Difúze nosičů je řízená velikostí potenciálové bariéry (U D - U ): - řízení napětím je nelineární + závislost na teplotě - řízení prodem je lineární, teplotní závislost je menší V obvodové technice s řízení prodem!!!!!!!! FK VU v rně SO / P7 / J.ošek ranzistory xxx : opt 0, ma ; UO mv. Průrazné napětí přechod je všech tranzistorů malé (!!!): - U R 7V - velká dotace emitor (!!!) FK VU v rně SO / P7 / J.ošek

3 UML FK VU V RNĚ J.ošek / lektronické sočástky / P6 Mezní parametry bipolárního tranzistor Vyžitelná oblast charakteristik tranzistor je omezena: Mezní parametry bipolárního tranzistor Maximální kolektorovo ztráto Pmax (maximální dovoleno teploto přechod a chlazení) Maximálním kolektorovým prodem max (konstrkce strktry tranzistor, dovolené oteplení) Maximálním kolektorovým napětím Umax (lavinový průraz kolektor) SOA [Safe Operating Area] - prod v logaritmickém měřítk - dovolené implsní přetížení FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 3 FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 4 Průrazy strktry - první průraz Průrazy strktry - první průraz Lavinová nárazové ionizace - první průraz: U(R)O přechod, odpojený emitor U(R)O s odpojeno bází U(R)O << U(R)O!!!!! Vliv 0 (+teploty,+ β): β + ( + β) 0 β roste lavinovo ionizací kladná zpětná vazba!!! Vliv 0 (+ teploty,+ β) potlačíme: - zapojením R U(R)R - zkratováním přechod U(R)S - záporným předpětím U (malý vliv PNP) U(R)U Závislost na zapojení obvod báze Označení průrazných napětí FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 5 FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 6 Průrazy strktry drhý průraz epelný drhý průraz lokální tepelný průraz: - v aktivní pracovní oblasti při velkém závěrném prod - zvýšení teploty vede ke zvýšení prodové hstoty - nerovnoměrné rozdělení prodové hstoty - horké místo koncentrje prod - kladná zpětná vazba vede ke vznik tepelného průraz Nerovnoměrné rozložení prod pod emitorem: - nejvyšší hstota prod okraje - teplo je odváděno do okolí - nejvyšší hstota prod prostřed - tepelně generovaný prod nahradí lokálně zvýšení prod kladná zpětná vazba Řešení: Zmenšení tlošťky emitor prostřed emitor ( zvětšení šířky báze) zlepšení podmínek pro odvod tepla FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 7 Průrazy strktry drhý průraz Prodový drhý průraz překročení kritického prod Příklad : Vypínání tranzistor v obvod s indkční zátěží: L L L t A mh 0 V µ s U L 3 Napětí U rychle roste při velkém prod : - lavinová ionizace přestože U < U(R)O - nosiče pronikají do emitor (díry NPN, elektrony PNP) - lokální zvýšení prodové hstoty tepelný průraz Řešení: - zpomalení nárůst kolektorového napětí - odlehčovací obvody R, (DR, RL, DRL.) FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 8 3

4 UML FK VU V RNĚ J.ošek / lektronické sočástky / P6 ezpečná pracovní oblast - SOA Modely bipolárního tranzistor Nelineární modely při zpracování velkých signálů - chování tranzistor ve všech režimech - ve velkém rozmezí prodů a napětí - libovolná polarita prodů a napětí Lineární modely - při zpracování malých signálů: - diody nahradíme jejich diferenciálním odporem - modelje fnkci tranzistor v daném pracovním bodě - pro jiný pracovní bod je ntné parametry model změnit FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 9 FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 0 bersův Mollův model bipolárního tranzistor α závěrný (zbytkový) prod - nezávisí na a U. Pomocí Shockleyho rovnice : U U αn S S U U α N v normálním režim M model náhradní schéma Základní Rozšířené U U S α S U U α v inverzním režim arlyho jev U, U kladná v propstném směr bers a Moll pro zapojení S (954) α N, α, S, S kapacity přechodů odpory přívodů FK VU v rně SO / P7 / J.ošek FK VU v rně SO / P7 / J.ošek bersův Mollův model bipolárního tranzistor Odvození S a S : 0, U > 0, U >> U 0 0, U > 0, U >> U - 0 Po dosazení: S 0 α α N S 0 α α αn a α výpočtem z βn a β N i α i Zjednodšené modely (podle M) N N i ( α N ) i N i i N Malý signál (i c ) : i c s exp( /U ) ; U ln(i / s ). závislost βn na prod - pracje poze v rčitém rozmezí - pro větší rozsah αn βn f(i )!!!!!! FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 3 Nejjednodší model (odhad pracovního bod) FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 4 4

5 UML FK VU V RNĚ J.ošek / lektronické sočástky / P6 Lineární a linearizované modely Při zpracování malých signálů: - diody nahradíme jejich diferenciálním odporem - modelje fnkci tranzistor v daném pracovním bodě - pro jiný pracovní bod je ntné parametry model změnit Derivací N podle U -M model N N g e U r N - modely: N U r Modely vycházející ze čtyřpólových parametrů ranzistor je modelován jako dvojbran. Hybridní parametry: h i + h pro zapojení S hi h h e r U / (vstpní odpor) h e /r /(U + U ) (výstpní vodivost) U je arlyho napětí h e β (prodový zesilovací činitel) h e - z katalog, nebo změřit (zpětný napěťový přenos) h e / je parametr v hybridních rovnicích!!!! h / je statický prodový zesilovací činitel!!!! FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 5 FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 6 Modely vycházející ze čtyřpólových parametrů (hybridní parametry) Diferenciální parametry čtyřpól ( h ij ): - mají význam derivací - získáme z charakteristik nebo měřením vstpní impedance při výstp nakrátko: zpětný napěťový činitel při vstp naprázdno: prodový zesilovací činitel při výstp nakrátko: h výstpní admitance při vstp naprázdno: Malá písmena!!!! h h h U U U U U konst. konst. U konst. konst. Modely vycházející ze čtyřpólových parametrů Admitanční parametry Pro zapojení S y y y y y e / h e / r /U (vstpní vodivost) y e /r h e (výstpní vodivost) y e / ; pro U. r. /y e /β. /y e y e. β y e ( / β )(. / y ) e (strmost převodní charakteristiky) Pro oblast nízkých kmitočtů (neplatní se parazitní kapacity): y e β. y e β /.r /.r / U y e - z katalog, nebo změřit ( zpětná vodivost ) FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 7 FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 8 Modely vycházející ze čtyřpólových parametrů (admitanční parametry) ) Admitance v daném pracovním bodě jso frekvenčně závislé: ntné stanovit pro každý požitý kmitočet zvlášť Giacolletův model Frekvenčně nezávislý popis fnkce tranzistor: - kapacity mezi elektrodami, sériový odpor R bb. - zesilovací schopnosti g m ( y ), vstpní a výstpní vodivost ) Dosazením U 5 mv a : y e / U / 5 mv 40 [V - ] 40 [S] 3) ge v -model lze přepočítat (β 40): ye g ge e ye h e β β 5 mv U ( ye ge) 40 0, resp. re 0 0 FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 9 Prod přes kapacit b c se odčítá od vstpního prod: - do přívod báze vtéká větší prod než do vnitřní báze ( ) - větší U úbytek. R bb prod se zvětší nepatrně - vysoký mezní kmitočet zmenšováním R bb. b c FK VU v rně SO / P7 / J.ošek 30 5