Curs 05 Tranzistoare bipolare si tranzistoare MOS

1. Curs 05 Tranzistoare bipolare si tranzistoare MOS

2. Tranzistorul bipolar Simbolul electronic al tranzistoarelor bipolare.

3. Marimile electrice la terminalele tranzistoarelor • 3 curenţi – curenţii prin cele 3 terminale: • iE – curentul de emitor • iB – curentul de bază • iC – curentul de colector • 3 tensiuni – tensiunile între terminalele tranzistoarelor: • vBE – tensiunea bază-emitor • vBC – tensiunea bază-colector • vCE – tensiunea colector-emitor Ecuatiile de functionare

4. Regiuni de functionare • REGIUNEA ACTIVĂ NORMALĂ (RAN): • condiţia de funcţionare: vBE > 0V şi vBC < 0V • în această regiune tranzistorul bipolar poate fi utilizat pentru prelucrarea analogică semnalelor (informaţiilor), fiind singura regiune de funcţionare în care tranzistorul bipolar poate AMPLIFICALINIAR semnale (se va reveni asupra acestui amănunt, care stă la baza construirii amplificatoarelor cu tranzistoare bipolare); • REGIUNEA DE SATURAŢIE: • condiţia de funcţionare: vBE > 0V şi vBC> 0V • în această regiune de funcţionare vCE < 0,1V • este o regiune de funcţionare în care tranzistorul bipolar poate fi utilizat pentru prelucrarea digitală a semnalelor sau pentru generarea semnale digitale (biţi); • REGIUNEA DE BLOCARE: • condiţia de funcţionare: vBE < 0V şi vBC< 0V • în această regiune de funcţionare toţi curenţii sunt zero • este o regiune de funcţionare în care tranzistorul bipolar poate fi utilizat pentru prelucrarea digitală a semnalelor sau pentru generarea semnale digitale (biţi); • REGIUNEA ACTIVĂ INVERSĂ: • condiţia de funcţionare: vBE< 0V şi vBC > 0V • în această regiune de funcţionare, tranzistorul poate fi utilizat pentru prelucrarea analogică a semnalelor (informaţiilor), dar, datorită amplificării foarte slabe a semnalelor, se evită utilizarea tranzistorului în această regiune;

5. Modelarea functionarii tranzistorului bipolar in RAN si in regim variabil de semnal mare Ecuatiile modelului: Circuitul echivalent care modelează comportamentul tranzistorului bipolar în RAN si in regim variabil de semnal mare; VD0,6V • = factorul (coeficientul) de amplificare în curent: variaza puternic cu variatia temperaturii; prezinta dispersie tehnologica

6. Modelarea functionarii tranzistorului bipolar in regim variabil de semnal mic: Vbe<13mV Circuitul echivalent a modelului în regim variabil de semnal mic, pentru frecvenţe joase si medii. Circuitul echivalent a modelului în regim variabil de semnal mic, pentru frecvenţe înalte. panta tranzistorului rezistenta de semnal mic dintre baza si emitor Vbe reprezinta amplitudinea tensiunii intre baza si emitor; nu trebuie confundata cu valoarea VBE care reprezinta tensiunea continua dintre baza si emitor si are valoarea de aproximativ 0,6V

7. Tranzistorul MOS • În funcţie de structură, există două categorii de tranzistoare MOS: • ca canal indus • cu canal iniţial • în funcţie de tipul canalului, aceste tranzistoare MOS sunt de 2 tipuri şi anume: • cu canal de tip N • cu canal de tip P

8. Simbolul electronic al tranzistoarelor MOS.

9. Mărimile electrice ale tranzistorului MOS • 1 curent – curentul care este generat între DRENĂ şi SURSĂ: • iD – curentul de drenă • 3 tensiuni – tensiunile între terminalele tranzistoarelor: • vGS – tensiunea grilă-sursă • vGD – tensiunea grilă-drenă • vDS – tensiunea drenă-sursă

10. Funcţionarea tranzistorului MOS. REGIUNEA DE BLOCARE: condiţia de funcţionare: vGS < VTH (canal N) REGIUNEA LINIARĂ: condiţia de funcţionare: vGS > VTH şi vDS < vGS - VTH REGIUNEA DE SATURAŢIE: condiţia de funcţionare: vGS > VTH şi vDS > vGS - VTH VTH = tensiune de prag; k = parametru constructiv al tranzistorului

11. Modelarea funcţionării tranzistorului MOS. Circuitul echivalent a modelului în regim variabil de semnal mic, pentru frecvenţe joase şi medii. Circuitul echivalent a modelului în regim variabil de semnal mic, pentru frecvenţe înalte. panta tranzistorului

12. Curs 06 Circuite de polarizare pentru tranzistoare

13. Rolul circuitelor de polarizare pentru tranzistoare • stabilesc regimul de funcţionare al tranzistorului • impun PUNCTUL STATIC DE FUNCTIONARE al tranzistoarelor = valorile marimilor electrice CONTINUE prin terminalele acestora; PSF-ul tranzistorului ofera informatii despre regiunea in care functioneaza tranzistorul: • Tranzistor bipolar: PSF=(IC, VCE) • Tranzistor MOS: PSF=(ID, VDS) • Tranzistoarele trebuie polarizate astfel incit sa functioneze in: • Tranzistor bipolar: Regiunea Activă Normală • Tranzistor MOS: Regiunea de Saturaţie • Asigura independenta PSF-ului de variatia conditiilor de lucru: variatii de temperatura, dispersia tehnologica a parametrilor componentelor, variatia tensiunii de alimentare.

14. Circuit elementar de polarizare cu rezistor în bază Sursa de alimentare: sursa de tensiune continua Rezistoare de polarizare Valorile punctului static de functionare Tranzistorul functioneaza in RAN daca: • = variaza puternic cu variatia temperaturii si prezinta dispersie tehnologica => IC depinde direct proportional cu  => PSF-ul variaza

15. RB RC + - VCC VCE IC VBE IB Metoda de calcul a PSF-ului pentru tranzistorul bipolar 1. Se calculeaza IC: se identifica tensiunea VBE si se aplica TK2 pe bucla de circuit care contine aceasta tensiune si nu contine tensiunile VBC si VCE: Se presupune ca TB functioneaza in RAN: 2. Se calculeaza VCE: se identifica tensiunea VCE si se aplica TK2 pe bucla de circuit care contine aceasta tensiune si nu contine tensiunea VBC: 3. Se verifica daca tranzistorul functioneaza in RAN:

16. Exemplul 1: a. Să se determine PSF-ul tranzistorului pentru cazul în care VCC=10V, RB=1M, RC=2.2k, iar =100. să se verifice dacă tranzistorul funcţionează în RAN. b. Să se recalculeze PSF-ul tranzistorului pentru cazul în care, în urma variaţiei temperaturii la care lucrează circuitul, valoarea lui  s-a modificat la valoarea =480. Să se verifice dacă tranzistorul funcţionează în RAN. TB functioneaza in RAN TB NU functioneaza in RAN

17. Circuit elementar de polarizare cu rezistor în emitor Valorile punctului static de functionare Tranzistorul functioneaza in RAN daca: Pentru acest circuit, aceste conditii nu pot fi indeplinite simultan => PSF-ul variaza

18. Circuit elementar de polarizare cu divizor rezistiv în bază Valorile punctului static de functionare Tranzistorul functioneaza in RAN daca: Pentru acest circuit, aceste conditii pot fi indeplinite simultan => PSF-ul nu variaza

19. Circuite de polarizare pentru tranzistoarele MOS Circuit cu autopolarizare a grilei – valabil numai pentru tranzistoarele MOS cu canal iniţial. Circuit de polarizare cu divizor rezistiv in grila Tranzistorul functioneaza in regiunea de saturatie daca:

20. RG2 RG1 RD RS + - VDD I I IG=0 Metoda de calcul a PSF-ului pentru tranzistorul MOS - 1 0. Se calculeaza curentul prin divizorul rezistiv din grila tranzistorului MOS:

21. RG1 RG2 RS RD + - VDD ID I VGS Metoda de calcul a PSF-ului pentru tranzistorul MOS - 2 1. Se calculeaza ID: se identifica tensiunea VGS si se aplica TK2 pe bucla de circuit care contine aceasta tensiune si nu contine tensiunile VGD si VDS: Se presupune ca MOS functioneaza in regiunea de saturatie: Se rezolva sistemul in necunoscuta VGS, pentru care se alege solutia care este mai mare decit VTH (daca nu exista o astfel de solutie => tranzistorul functioneaza in regiunea de blocare => ID=0); apoi se determina ID

22. RG2 RG1 RD RS + - VDD VDS ID ID Metoda de calcul a PSF-ului pentru tranzistorul MOS - 3 2. Se calculeaza VDS: se identifica tensiunea VDS si se aplica TK2 pe bucla de circuit care contine aceasta tensiune si nu contine tensiunea VGD: 3. Se verifica daca tranzistorul functioneaza in regiunea de saturatie:

23. Exemplul 2: Să se determine PSF-ul tranzistorului pentru cazul în care VDD=10V, RG1=RG2 =100K, RD=3.3k, RS= 1k iar VTH=1V si k=0,1mA/V2. Să se verifice dacă tranzistorul funcţionează în regiunea de saturatie. VGS4V VGS-12V < VTH