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9. Vorlesung

9. Vorlesung. Inhalt: Rückblick 8. Vorlesung Der Bipolartransistor (Kapitel 5.1, 5.2) Übungsaufgaben. Dipl.-Phys. S. Paprotta Tel.: 762-4218, paprotta@ihw.uni-hannover.de. Wiederholung. Reaktion der RLZ auf eine kleine Erhöhung der Spannung. Größe der Verarmungs-

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Presentation Transcript

  1. 9. Vorlesung • Inhalt: • Rückblick 8. Vorlesung • Der Bipolartransistor (Kapitel 5.1, 5.2) • Übungsaufgaben Dipl.-Phys. S. Paprotta Tel.: 762-4218, paprotta@ihw.uni-hannover.de

  2. Wiederholung Reaktion der RLZ auf eine kleine Erhöhung der Spannung Größe der Verarmungs- kapazität in Abhängigkeit der äußeren Spannung

  3. Weiter 4.5 Berechnung der Verarmungskapazität Plattenkondensator-Näherung: Divergiert, wenn V gegen V0 strebt. (Niedriginjektion V kleiner als V0) Spannungsabhängige Kapazität – Varaktor

  4. 4.6 Die Diffusionskapazität • überwiegt in Flussrichtung • ist nur in Flussrichtung relevant

  5. Weiter 4.6 Ausdruck für die Diffusionskapazität:

  6. 4.7 Das Kleinsignalmodell der Diode Definition Kleinsignalwiderstand und –leitwert:

  7. Weiter 4.7 Was bedeutet Kleinsignal? dV < kT/q Graphische Verdeutlichung von rd und gd

  8. Weiter 4.7 Die beiden Kapazitäten entsprechen einer komplexen Impedanz: Es fließen zwei Ströme durch die Diode:

  9. 4.8 Der Lawinendurchbruch Eine Diode sperrt nicht für beliebig hohe Spannungen!!! Ab einer gewissen Spannung kommt es zum Durchbruch: Der Durchbruch ist reversibel, solange die thermische Belastung begrenzt wird.

  10. Weiter 4.8

  11. Weiter 4.8 Eine Schaltung zur Spannungsstabilisierung:

  12. Weiter 4.8 2. Der Zener-Durchbruch: • tritt bei hochdotierten pn-Übergängen auf • Es kommt zum „Tunneln“ Durchbruch entsteht früher als beim Lawinendurchbruch.

  13. 5.1 Der Bioplartransistor Den Bipolartransistor gibt zwei in Ausführungen: VEB - IE P+ N P IC + Emitter Basis Kollektor Definition der Spannungen: VEB > 0 VEB = -VBE B N+ P N E C Nützliche Gleichungen: IE = IB + IC VEB +VBC + VCE = 0 Emitter Basis Kollektor

  14. Weiter 5.1 Der Transistor wir anhand eines p+np-Transistors erklärt, n+pn funktioniert aber analog. Eingangssignal: 2 Anschlüsse des BJT Ausgangssignal: 2 Anschlüsse des BJT • Transistor hat nur 3 Anschlüsse: Ein Anschluss wird gemeinsam vom Ausgangskreis und Eingangskreis benutzt Basisschaltung E C P+ N P in out B B Eingangsgrößen: VEB, IE Ausgangsgrößen: VCB, IC

  15. Weiter 5.1 Betriebsmodi: Spannungspolarität Betriebs- art EB-Übergang CB-Übergang Sättigung Fluss Fluss Sperr Aktiv Fluss Invertiert Sperr Fluss Sperr Sperrbetrieb Sperr Aktiv oder Normalbetrieb – wird meistens benutzt bei Linearen Signalverstärkern, Operationsverstärkern Größte Signalverstärkung wird so erreicht!!

  16. Warum funktioniert ein Bipolartransistor? Verarmungszone Verarmungszone Die Basis ist feldfrei, Minoritäten bewegen sich durch Diffusion! (Bild entnommen aus: Pierret, „Semiconductor Device Fundamentals“) Weiter 5.1

  17. Wann funktioniert ein BJT und wann nicht? Ladungsträger- Konzentration Ladungsträger- Konzentration pn0 pn0 x x funktioniert funktioniert nicht Funktioniert nicht als BJT!!!!! Weiter 5.1

  18. Weiter 5.1 Basisschaltung im Normalbetrieb:

  19. Weiter 5.1 • p+n-Diode: Hauptstromtransport Löcher • Normalbetrieb: EB-Übergang in Flussrichtung • Transportmechanismus in der Basis – Diffusion (feldfrei) • Löcher werden am BC-Übergang abgesaugt und landen nicht • in der Basis

  20. Banddiagramm im Normalbetrieb P P+ N Übung1: Zeichnen Sie das Banddiagramm eines p+np-Transistors im thermischen Gleichgewicht und im Sättigungsbetrieb. Zeichnen Sie zusätzlich die Konzentration der Minoritäten in der Basis ein. Vorbereitung für die Klausur (zu Hause): Zeichnen Sie diese Fälle auch für einen n+pn-Transistor (Bild entnommen aus: Pierret, „Semiconductor Device Fundamentals“)

  21. Weiter 5.1 Menge der injizierten Ladungen wird durch das Gesetz des Übergangs bestimmt: Unter der Annahme, dass es kaum zu Rekombinatin in der Basis kommt, entsteht eine Linearer Löchergradient und der Emitter- strom bestimmt sich zu:

  22. Weiter 5.1 • Transistorwirkung: großer Kollektorstrom wird durch kleine • Eingangsspannung gesteuert. • Es kommt zu einer Leistungsverstärkung.

  23. Weiter 5.1 Kenngrößen und Mathematische Beschreibung: Emitterwirkungsgrad:  = IEp/IE = IEp/(IEp+IEn) Basistransportfaktor: T = ICp /IEp =1-t/ p Stromverstärkungsfaktor in Basisschaltung:  =  • T ; (0,99 –0,999) Stromverstärkungsfaktor  =  / (1 - ) ; (100-1000) in Emitterschaltung:

  24. Weiter 5.1 Beschreibung der Ströme:

  25. Weiter 5.1 Ausgangskennlinienfeld: -

  26. Übung II: Zeichnen Sie für einen p+np-Transistor im thermischen Gleichgewicht das Banddiagramm, das Potenzial, das elektrische Feld, die Nettoladungen. Gegeben ist ein BJT mit IEp = 1 mA, IEn = 0,01 mA, ICp = 0,98 mA, ICn = 1 µA. Berechnen Sie: , T , , , IE, IB, IC, ICB0, IEC0 Sie halten alle Größen bis auf ICp fest. ICp = 0,995 mA welche Auswirkung hat das auf ? Sie halten alle Größen bis auf IEn fest. IEn wird erhöht, welche Auswirkung hat das auf ?

  27. Rc - 5.2 Verstärkung in Basisschaltung Verstärkungsfaktor: Av = Rc/re Leistungsverstärkung und Spannungsverstärkung Keine Stromverstärkung!!

  28. Weiter 5.2 Kennlinienfeld mit Lastgerade: - Arbeitspunkte

  29. Übungen

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