1 / 35

ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 3. Bipolární tranzistory

ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 3. Bipolární tranzistory. Prof. Ing. Pavel Bezoušek, CSc. Stuktura PNP. Stuktura NPN. Kolektor. Kolektor. K. K. P. N. Báze. B. B. N. Báze. P. P. E. E. N. Emitor. Schématická značka. Schématická značka. Emitor. Bipolární tranzistor.

trudy
Download Presentation

ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 3. Bipolární tranzistory

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY3. Bipolární tranzistory Prof. Ing. Pavel Bezoušek, CSc

  2. Stuktura PNP Stuktura NPN Kolektor Kolektor K K P N Báze B B N Báze P P E E N Emitor Schématická značka Schématická značka Emitor Bipolární tranzistor Součástka se třemi elektrodami: emitor, báze, kolektor

  3. n, p Emitor Báze Kolektor nB pE pC x vyprázd. oblast Funkce tranzistoru NPN N++ P+ N InE InC E C InB InC0 IpC0 IpB délka báze IE IC B difuzní délka IB + 0,7 V + 5 V UBE UCB

  4. Funkce tranzistoru NPN Lze tedy vyjádřit 1 neznámou pomocí ostatních. Následující vztah tuto závislost popisuje: 5 rovnic pro 6 neznámých: IE, IB, IC, InB, InC, UBE

  5. Základní parametry tranzistoru • Vztah mezi IC a IB lze upravit takto: IC = (UCE,T).IB + (+1).ICB0(UCB,T) (Přitom závislost  i ICB0 na napětí je jen velmi malá.) • Veličina  (~ 10 až 500) se nazývá: proudový zesilovací činitel při společném emitoru. Současně platí: • Veličina ICB0 (~ 0,1 – 100 A) se nazývá: zbytkovýproud kolektoru. • Zavádí se ještě proudový zesilovací činitel při společné bázi:

  6. Aplikace tranzistoru • Zesilování signálu: • Zesilovače slabého signálu (lineární operace) • Výkonové zesilovače (částečně nelineární operace) • Oscilátory (podstatně nelineární operace) • Spínání signálu (nelineární operace): • Spínače a vypínače velkých proudů • Generátory impulzů • Logické obvody

  7. IICD NIED IC IE E C ICD IED UCB IB UEB B Model tranzistoru NPN(Ebers – Moll)

  8. SB SE IE IC IC SK IB IC UBC UBE UCE UEC IE IB UEB UCB IE´ Tranzistorové zesilovače • Typy zapojení zesilovače: • Se společným emitorem (SE, CE, E) • Se společnou bází (SB, CB, B) • Se společným kolektorem (SK, CC, C)

  9. IC IB UCE UBE IE Zesilovač se společným emitoremStatické vlastnosti Zapojení: Po úpravě rovnic Ebers-Mollova modelu dostaneme:  je tzv. proudový zesilovací činitel v zapojení SE

  10. Převodní charakteristiky Kolektorové charakteristiky Mezní přímka IC IC Různé UCE IB = 0,5 mA 0,4mA = IC/ IB 0,3mA IC 0,2 mA 0,1 mA IB IB UCE Zesilovač se společným emitoremStatické charakteristiky

  11. Zesilovač se společným emitoremStatické parametry • Proudový zisk: IC/IB -  = - N/(1-N)  -100 až - 300 • Vstupní vodivost: IB/UBE gvst IB/UT 10-3 až 10-2 S • Výstupní vodivost: IC/UCE gvýst IB. /UCE 10-5 S • Výkonový zisk: G 2gvst/gvýst 106

  12. UCC RC IC IB UCE UBE IE Zesilovač se společným emitoremAplikace Univerzální zesilovač: • Zesilovač proudu: GI = |IC/IB |=  100 až 300 • Zesilovač napětí: GU = |UCE/UBE |.RC.gvst  103 • Invertor (měnič polarity napětí) • Výkonový zesilovač

  13. UCC RC RCB COUT IC CIN IB UOUT IE UIN UBE CE RE RBE Zesilovač se společným emitoremAplikace Nízkofrekvenční zesilovač: (zesilovač střídavých napětí a proudů) • RCB a RBE udržují konstantní napětí na bázi UB = UCC.RCB/(RCB+RBE) • RE zajišťuje konstantní proud IE == (UB-UBE)/RE • CIN, COUT oddělují vstupní a výstupní obvody (CINh11 1/fmin, COUTRC 1/fmin) • CE blokuje odpor RE pro zesilovaný signál (CERE 1/fmin)

  14. Zesilovače nízkého výkonu Pokud je rozkmit napětí a proudu malý, lze vztahy mezi proudy IC, IE, IB a napětími UCE, UBE, UCBlinearizovat: Nebo: IB = y11 UBE + y12 UCE IC = y21 UBE + y22 UCE A pomocí admitanční matice Y: I = Y. U, Y  yik I  [IB, IC]T, U  [UBE, UCE]T

  15. Zesilovače nízkého výkonuJiné matice Kromě admitanční matice se používají u tranzistorů také tzv. hybridní matice: UB = h11 IB + h12 UCE IC = h21 IB + h22 UCE V maticové formě: Hybridní matice:

  16. IC IE UEB UCB Zesilovače se společnou bází Zapojení: Úpravou Ebers- Mollova modelu dostaneme vztahy pro hledané veličiny:

  17. Zesilovače se společnou bázíStatické charakteristiky Proudový zisk:  = IC/IE  +1 Vstupní vodivost: gvst = IE/UEB IE/UT  10-2 až 10-1 S Výstupní vodivost: gvýst = IC/UEB IEN/UEB 10-5 S Výkonový zisk: G 2gvst/gvst 100 až 200 Aplikace • Vstupní stupně vf zesilovačů • Zesilovače s nízkou vstupní impedancí

  18. IC UBC UEC IB IE UCC UIN UZ RZ Zesilovače se společným kolektorem Zapojení: Vstupní veličiny: UBC, IB Výstupní veličiny: UEC, IE Často nahrazujeme veličinami: UIN = UCC + UBC; IB UZ = UCC + UEC; IE Ebers – Moll po úpravě:

  19. Zesilovače se společným kolektoremParamettry a aplikace Statické parametry: Proudový zisk: IE´/IBC = + ( + 1)  + 100 Vstupní vodivost: IB/UBC gvst 1/( + 1)RZ Výstupní vodivost: IC/UCE gvýst IB. /UCE 10-5 S Výkonový zisk: G  (+1)2gvýst/gvst  100 Aplikace: • Koncové stupně zesilovačů • Výstupní obvody pro napájení zátěží • Oddělovací členy

  20. Porovnání statických parametrů zesilovačů

  21. Dynamické vlastnosti tranzistorů Při rychlých změnách napětí a proudů pozorujeme, že se změny kolektorového proudu iC zpožďují za změnami emitorového proudu iE. Příčiny zpoždění: celk = e + b + d + c transport bází nabití difúzní kapacity emitoru transport vyprázd. oblastí nabití kapacity kolektoru

  22. Dynamické vlastnosti tranzistorů To způsobí změnu zejména v koeficientu : kde 0 je nízkofrekvenční (statická) hodnota veličiny  Pro veličinu  lze pak napsat vztah:

  23. Dynamické vlastnosti tranzistorů • fT = 1/(2celk) … je tzv. tranzitní kmitočet, daný celkovou dobou tranzitu nosičů přes tranzistor • f = fT/0 … je tzv. mezní kmitočet proudového zisku • Na vysokých kmitočtech f >> f platí přibližně:   nezávisí na 0 ale pouze na poměru fT/f

  24. log| log0| f 0 f fT Dynamické vlastnosti tranzistorů • Kvalitní vf tranzistor má: • Malý odpor báze (vysoká dotace, malé 0) • Malou difúzní kapacitu CBE (heteropřechody) • Krátká doba průchodu bází (nehomogenní dotace báze)

  25. rbc ušb B r´bb rc C Cbc išb išc ro ic rbj Cbj Cce re uše E ušc Šumový model tranzistoru Na velmi nízkých úrovních signálu se uplatní také vlastní šum tranzistorů. išb, išc výstřelový šum přechodů BE a CB ušb, uše, ušc tepelný šumodporů kontaktů

  26. U = UCmax P = Pmax IC UCC IB = 10 mA RC 8 mA IC 6 mA IB 4 mA UCE UBE 2 mA IE UCE UCC Zatěžovací přímka Výkonové aplikace tranzistorůzapojení SE UCE = UCC – RCIC UCE< UCmax, UCE.IC<Pmax

  27. Převodní charakteristika IC Třída A IC0 Pracovní bod UBE UB0 Výkonové aplikace tranzistorůTřída A • Úhel otevření 360 • Kolektorový proud protéká po celou periodu • Malé zkreslení • Nízká účinnost • Vhodné pro malé a střední výstupní výkony

  28. Převodní charakteristika IC Výstupní signál UB0 IC0 IC UB Vstupní signál UB Výkonové aplikace tranzistorůTřída A • Dobrá linearita • Nízká účinnost celk = Pnf/Pcelk  25%: • Pnf je výkon všech harmonických kromě ss složky • P1 je výkon 1. harm. složky • Vhodné pro zesilovače nižšího a středního výkonu

  29. Výkonové aplikace tranzistorůTřída B Převodní charakteristika • Úhel otevření je jen 180 • Kolektorový proud protéká jen v jedné polovině periody • Tranzistor pracuje v nelineární oblasti • Velké zkreslení • Lepší účinnost • Vhodné pro střední a vyšší výstupní výkony IC UCE Pracovní bod Třída B UB

  30. Převodní charakteristika IC Výstupní signál IC UB UB0 Výkonové aplikace tranzistorůTřída B • Pracovní bod: IC0 = 0, UB0 0 • Bez vstupního signálu tranzistorem neteče proud • Značná nelinearita • Vyšší účinnost celk  70 %: • Vhodné pro zesilovače středního a velkého výkonu • Nelinearitu je nutno kompenzovat (např. dvojčinným zapojením)

  31. Uin UCC t RC1 RC2 + UCC Cout2 UC2 UC1 UC2 UC1 UC2 UC1 Uout Cin1 Cout1 T1 T2 + UCC Uin Uout Cin2 RE t -UCC Výkonové aplikace tranzistorůTřída B – kompenzace nelinearity DVOJČINNÉ ZAPOJENÍ t

  32. Výkonové aplikace tranzistorůTřída C • Úhel otevření je menší, než 180 • Pracovní bod leží ještě před začátkem charakteristiky • Velké zkreslení – obvykle nutno kompenzovat • Dobrá účinnost • Vhodné pro vysoké výstupní výkony Převodní charakteristika IC UCE Pracovní bod Třída C UB

  33. Převodní charakteristika IC Výstupní signál IC UB  UB0 Výkonové aplikace tranzistorůTřída C • Pracovní bod: IC0 = 0, UB0 0 • Při nízkých výkonech zesilovač nezesiluje • Velmi silná nelinearita • Vysoká účinnost celk  90 %: • Vhodné pro vf zesilovače velkého ale definovaného výkonu

  34. IC zatěžovací přímka sepnutý stav UCE Izbyt Usat rozepnutý stav Tranzistor jako spínač • Důležité parametry spínače: • Saturační napětí Usat (< 1 V) • Zbytkový proud IC0 (...A) • Max. kolektorový proud ICmax • Max. kolektorové napětí UCmax

  35. Topologie planárního tranzistoru Řez planárním tranzistorem SiO2 C E B C P 200 m 1 m N++ Kovarová podložka E N B Řez výkonovým tranzistorem E B E B P B N N++ C Skutečné provedení tranzistorů Topologie výkonového tranzistoru

More Related