T

t

T

t

T

t

T

t

Tranzystory

Tranzystory

Tranzystory

Tranzystory

6 marca 2011

Wojciech Kucewicz

2

T

t

T

t

T

t

T

t

Tranzystor

Tranzystor

Tranzystor

Tranzystor

Bipolarny

Bipolarny

Bipolarny

Bipolarny

p

y

p

y

p

y

p

y

6 marca 2011

Wojciech Kucewicz

3

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Tranzystor

Tranzystor

bipolarny

bipolarny

jest trójelektrodowym przyrządem

jest trójelektrodowym przyrządem

półprzewodnikowym zbudowanym z dwóch złączy

półprzewodnikowym zbudowanym z dwóch złączy pp--nn lub

lub nn--pp

wykonanych w jednym krysztale, o strukturze

wykonanych w jednym krysztale, o strukturze

nn--pp--nn

lub

lub

pp--nn--pp

..

y

y

j

y

y

y

y

j

y

y

pp

pp

pp

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

dd

dd

dd

dd

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

dd

dd

dd

dd

n p n

n p n

6 marca 2011

Wojciech Kucewicz

4

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Oba złącza

Oba złącza pp--nn tranzystora bipolarnego są sprzężone poprzez cienki obszar,

tranzystora bipolarnego są sprzężone poprzez cienki obszar,

nazywany

nazywany

bazą.

bazą.

Baza ma odmienny typ przewodnictwa od pozostałych

Baza ma odmienny typ przewodnictwa od pozostałych

obszarów, które noszą nazwy:

obszarów, które noszą nazwy:

emiter i kolektor.

emiter i kolektor.

yy

Emiter Baza Kolektor

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

dd

dd

dd

dd

m

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

ee

dd

dd

dd

dd

n p n

n p n

6 marca 2011

Wojciech Kucewicz

5

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Rzeczywisty tranzystor bipolarny tworzy się w krzemie

Rzeczywisty tranzystor bipolarny tworzy się w krzemie porzez

porzez dyfuzje

dyfuzje

odpowiednich domieszek

odpowiednich domieszek

Emiter

Emiter Baza

Baza Kolektor

Kolektor

E B C

E B C

n p n

n p n

pp

pp

++

6 marca 2011

Wojciech Kucewicz

6

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Emiter Baza Kolektor

Emiter Baza Kolektor

Emiter n+

Emiter n+

Baza p

Baza p

0,2

0,2 μμm

m

Warstwa epitaksjalna n

Warstwa epitaksjalna n

pp

1

1 μμm

m

5

5 μμm

m

500

500 μμm

m

Podłoże n+

Podłoże n+

6 marca 2011

Wojciech Kucewicz

7

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Tranzystor

Tranzystor

bipolarny

bipolarny

jest trójelektrodowym przyrządem

jest trójelektrodowym przyrządem

półprzewodnikowym zbudowanym z dwóch złączy

półprzewodnikowym zbudowanym z dwóch złączy pp--nn lub

lub nn--pp

wykonanych w jednym krysztale, o strukturze

wykonanych w jednym krysztale, o strukturze

nn--pp--nn

lub

lub

pp--nn--pp

..

y

y

j

y

y

y

y

j

y

y

pp

pp

pp

Przez złącza

Przez złącza

płyną

płyną prądy

prądy

obu typów nośników:

obu typów nośników:

elektronów i dziur

elektronów i dziur

-- stąd

stąd

określenie:

określenie:

tranzystor bipolarny

tranzystor bipolarny

Emiter Baza

Emiter Baza Kolector

Kolector

E

E

określenie:

określenie:

tranzystor bipolarny.

tranzystor bipolarny.

n p n

n p n

E

E B C

B C

n p n

n p n

pp

6 marca 2011

Wojciech Kucewicz

8

pp

++

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Tranzystor

Tranzystor

bipolarny

bipolarny

oznacza się symbolami zależnymi od typu:

oznacza się symbolami zależnymi od typu:

nn--pp--nn

lub

lub

pp--nn--pp

. .

CC

Tranzystor

Tranzystor npn

npn

CC

Tranzystor

Tranzystor pnp

pnp

EE

BB

EE

BB

E B C

E B C

E B C

E B C

n p n

n p n

pp

p n p

p n p

nn

6 marca 2011

Wojciech Kucewicz

9

pp

++

nn

++

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

W

W tranzystorze o strukturze

tranzystorze o strukturze

nn--pp--nn

(w bazie) nośnikami

(w bazie) nośnikami

prądu

prądu

większościowymi

większościowymi

są

są

dziury

dziury

, a

, a

mniejszościowymi

mniejszościowymi -- elektrony

elektrony

..

n p n

n p n

pp

pp

++

W

W tranzystorze o strukturze

tranzystorze o strukturze

pp--nn--pp

(w bazie) nośnikami

(w bazie) nośnikami

prądu

prądu

większościowymi

większościowymi

są

są

elektrony

elektrony

, a

, a

mniejszościowymi

mniejszościowymi –– dziury

dziury

..

p n p

p n p

6 marca 2011

Wojciech Kucewicz

10

nn

nn

++

Właściwości tranzystora bipolarnego w

Właściwości tranzystora bipolarnego w

stanie aktywnym

stanie aktywnym

Właściwości tranzystora bipolarnego w

Właściwości tranzystora bipolarnego w

stanie aktywnym

stanie aktywnym

y y

y y

y y

y y

Dla tranzystora

Dla tranzystora

nn--pp--nn ppotencja

otencjałł kolektora

kolektora musi

musi by

być

ć wyższy

wyższy od

od

potencja

potencjałłu emitera

u emitera

, dla

, dla pp--nn--pp potencja

potencjałł kolektora musi by

kolektora musi byćć ni

niżższy od

szy od

potencja

potencjałłu emitera

u emitera

p

j

p

j

Obwody: baza

Obwody: baza--emiter i baza

emiter i baza--kolektor zachowuj

kolektor zachowująą si

sięę jak diody

jak diody

..

W warunkach

W warunkach normalnej

normalnej pracy

pracy obwód

obwód baza

baza--emiter

emiter jest spolaryzowany

jest spolaryzowany

jj p

y

p

y

j

p

y

y

j

p

y

y

w kierunku przewodzenia, a obwód baza

w kierunku przewodzenia, a obwód baza--kolektor

kolektor –– w kierunku

w kierunku

zaporowym

zaporowym.

.

npn

npn

CC

pnp

pnp

CC

CC

++

CC

CC

--

++

BB

--

++

--

EE

BB

EE

BB

CC

--

++

6 marca 2011

Wojciech Kucewicz

11

EE

EE

Właściwości tranzystora bipolarnego w

Właściwości tranzystora bipolarnego w

stanie aktywnym

stanie aktywnym

Właściwości tranzystora bipolarnego w

Właściwości tranzystora bipolarnego w

stanie aktywnym

stanie aktywnym

Tranzystor

Tranzystor charakteryzuje

charakteryzuje si

się

ę maksymalnymi

maksymalnymi wielko

wielkośściami

ciami

II

CC

,,

II

BB

i i

U

U

CCEE

. .

Przekroczenie tych wartości jest równoznaczne ze zniszczeniem

Przekroczenie tych wartości jest równoznaczne ze zniszczeniem

y

j

y

j

tranzystora.

tranzystora.

Pr

Prąąd kolektora

d kolektora

II

CC

i pr

i prąąd bazy

d bazy

II

BB

wp

wpłływaj

ywająące do tranzystora

ce do tranzystora łą

łącz

cząą si

sięę w jego

w jego

wn

wnęętrzu i wyp

trzu i wypłływaj

ywająą w

w postaci pr

postaci prąądu emitera

du emitera

II

EE

wn

wnęętrzu i wyp

trzu i wypłływaj

ywająą w

w postaci pr

postaci prąądu emitera

du emitera

II

EE

.

.

II

EE

= I

= I

BB

++ II

CC

Kolektor Baza Emiter

nn

pp

nn

II

ee

II

cc

IIII

6 marca 2011

Wojciech Kucewicz

12

II

bb

II

bb

Właściwości tranzystora bipolarnego w

Właściwości tranzystora bipolarnego w

stanie aktywnym

stanie aktywnym

Właściwości tranzystora bipolarnego w

Właściwości tranzystora bipolarnego w

stanie aktywnym

stanie aktywnym

Spe

Spełłniaj

niająąc

c powy

powyżższe warunki, pr

sze warunki, prąąd

d

II

CC

jest w przybli

jest w przybliżżeniu proporcjonalny do

eniu proporcjonalny do

II

BB

i opisany równaniem:

i opisany równaniem:

BB

p

y

p

y

II

CC

= h

= h

21

21

II

BB

=

= ββ II

BB

gdzie:

gdzie:

hh

21

21

= β

= β

–– sta

stałłopr

oprąądowy wspó

dowy współłczynnik

czynnik wzmocnienia

wzmocnienia pr

prąądowego pr

dowego prąądu

du

bbbazy.

bazy.

Współczynnik h

Współczynnik h

21

21

jest parametrem stosowanym w równaniach opisu

jest parametrem stosowanym w równaniach opisu

tranzystora jako czwórnika.

tranzystora jako czwórnika.

y

j

y

j

6 marca 2011

Wojciech Kucewicz

13

Właściwości tranzystora bipolarnego w stanie

Właściwości tranzystora bipolarnego w stanie

aktywnym

aktywnym

Właściwości tranzystora bipolarnego w stanie

Właściwości tranzystora bipolarnego w stanie

aktywnym

aktywnym

Mówimy,

Mówimy, że

że prąd

prąd bazy

bazy jest

jest wzmacniany

wzmacniany przez

przez tranzystor

tranzystor::

II

II

II

II

β I

β I

(1 β) I

(1 β) I

II

EE

=

= II

BB

+

+ II

CC

=

= II

BB

+ β I

+ β I

BB

= (1+β) I

= (1+β) I

BB

β= 50

β= 50 –– 300

300

β 50

β 50 300

300

EE

BB

CC

EE

BB

CC

II

II

CC

EEEE

II

BB

II

EE

6 marca 2011

Wojciech Kucewicz

14

Rodzina charakterystyk tranzystora

Rodzina charakterystyk tranzystora

bipolarnego

bipolarnego

Rodzina charakterystyk tranzystora

Rodzina charakterystyk tranzystora

bipolarnego

bipolarnego

Charakterystyki wyjściowe

Charakterystyki wyjściowe

II

CC

= f(U

= f(U

CE

CE

))

Ib

Ib

Charakterystyki

Charakterystyki

przejściowe I

przejściowe I

CC

= f(I

= f(I

BB

))

Uce

Uce

Charakterystyki

Charakterystyki

wejściowe U

wejściowe U

BE

BE

= f(I

= f(I

BB

))

Uce

Uce

Charakterystyki zwrotne

Charakterystyki zwrotne

U

U

BE

BE

= f(U

= f(U

CE

CE

))

Ib

Ib

6 marca 2011

Wojciech Kucewicz

15

Układ zastępczy tranzystora

Układ zastępczy tranzystora

Układ zastępczy tranzystora

Układ zastępczy tranzystora

Tranzystor bipolarny przy pracy małosygnałowej może być przedstawiony

jako czwórnik liniowy, którego właściwości są opisane przez zależności

j

y,

g

ą p

p

liniowe prądów i napięć wejściowych i wyjściowych.

Jeden z możliwych zapisów tworzy się przy pomocy parametrów h ( równania

hybrydowe).

y y

uu

11

= h

= h

11

11

ii

11

+ h

+ h

12

12

uu

22

ii

22

= h

= h

21

21

ii

11

+ h

+ h

22

22

uu

22

BB

CC

BB

CC

ii

22

= I

= I

CC

EE

BB

CC

EE

BB

CC

ii

11

= I

= I

BB

uu

11

= U

= U

BE

BE

uu

22

= U

= U

CE

CE

6 marca 2011

Wojciech Kucewicz

16

Parametry h

Parametry h

Parametry h

Parametry h

be

be

I

U

I

U

h

Δ

Δ

≈

∂

∂

=

11

const

I

ce

be

const

I

ce

be

U

U

U

U

h

Δ

Δ

≈

∂

∂

=

12

const

U

b

nt

U

b

ce

ce

I

I

=

=

Δ

∂

cos

I

b

I

b

I

b

const

I

ce

const

I

ce

b

b

=

=

I

b

I

b

I

b

|U

ce

|

’

U’

|U

ce

|

’

U’

|U

ce

|

I’

U’

Δ

U

ce

|U

ce

|

I’

U’

Δ

U

ce

Δ

U

ce

I

b

Δ

I’

b

U

ce

I

b

Δ

I

b

Δ

I’

b

U

ce

I’

b

U

ce

I’

b

U

ce

U

be

Δ

U

be

U

be

U

be

Δ

U

be

Δ

U

be

U

be

Δ

U

be

U

be

U

be

Δ

U

be

Δ

U

be

be

be

be

Parametry h

Parametry h

Parametry h

Parametry h

const

U

b

c

const

U

b

c

I

I

I

I

h

Δ

Δ

≈

∂

∂

=

21

const

I

ce

c

const

I

ce

c

U

I

U

I

h

Δ

Δ

≈

∂

∂

=

22

const

U

b

const

U

b

ce

ce

=

=

I

c

I

c

I

c

const

I

ce

const

I

ce

b

b

=

=

I

c

I

c

I

c

|I

b

|

I’

b

|I

b

|

I’

b

|I

b

|

I’

b

Δ

I

c

|I

b

|

I’

b

Δ

I

c

Δ

I

c

Δ

I

c

Δ

I

b

Δ

I

c

Δ

I

c

Δ

I

b

Δ

I

b

U

ce

U’

ce

U

ce

U

ce

U’

ce

Δ

U

ce

U

ce

U’

ce

Δ

U

ce

Δ

U

ce

U

ce

U

ce

U’

ce

Częstotliwości graniczne tranzystora

Częstotliwości graniczne tranzystora

Częstotliwości graniczne tranzystora

Częstotliwości graniczne tranzystora

]

dB

[

( )

β

β

β

f

1

2

=

= 3 dB

= 3 dB

6dB/ok

20dB/dek

−

=

−

0

β

lg

dB

3

−

β

0

2

( )

0

lg

α

−

0

lg

20

β

( )

α

α

α

f

0

1

2

=

= 3 dB

= 3 dB

0

g

dB

3

−

β

f

T

f

α

f

f

lg

β

α

f

f

f

T

>

>

f

β

β

ω

π

=

/ 2

g

b'

β

f

T

f

α

f

f

lg

OE

OE

pole wzmocnienia

pole wzmocnienia

maksymaln

maksymalnaa cz

częęstotliwo

stotliwość

ść przenoszenia

przenoszenia

6 marca 2011

Wojciech Kucewicz

19

ω

β

=

+

+

g

C

C

C

b e

je

de

jc

'

f

f

T

=

β

β

0

Obszary pracy tranzystora bipolarnego

Obszary pracy tranzystora bipolarnego

Obszary pracy tranzystora bipolarnego

Obszary pracy tranzystora bipolarnego

PP

aa

–– moc admisyjna

moc admisyjna

II

Cmax

Cmax

-- prąd maksymalny

prąd maksymalny

Cmax

Cmax

p

y

y

p

y

y

U

U

CEmax

CEmax

–– napięcie maksymalne

napięcie maksymalne

6 marca 2011

Wojciech Kucewicz

20

Działanie tranzystora bipolarnego

Działanie tranzystora bipolarnego

poza zakresem aktywnym

poza zakresem aktywnym

Działanie tranzystora bipolarnego

Działanie tranzystora bipolarnego

poza zakresem aktywnym

poza zakresem aktywnym

Jeżeli na bazie pojawi się impuls jednostkowy to w kolektorze przy niskim

napięciu wejściowym płynie mały prąd a przy wysokim – duży. Ten prąd na

oporniku w obwodzie zasilania powoduje mały spadek napięcia lub duży.

Wobec czego na wyjściu obserwuje się napięcie bliskie V

B

lub bliskie zera.

Układ działa jak inwerter.

Układ działa jak inwerter.

+V

+V

BB

II

Wysoki poziom napięcia „1”

Wysoki poziom napięcia „1”

EE

BB

CC

EE

BB

CC

II

BB

II

CC

6 marca 2011

Wojciech Kucewicz

21

Niski poziom napięcia „0”

Niski poziom napięcia „0”

BB

II

EE