1. Budowa i działanie tranzystora bipolarnego mocy BJT.

• ma strukturę trzywarstwową n-p-n lub p-n-p, która stanowi przeciwstawne połączenie szeregowe dwóch złączy p-n. Warstwa środkowa jest wspólna dla dwóch złączy i nosi nazwę bazy

W strukturze p-n-p strumieniem nośników są elektrony a w n-p-n dziury - z tego względu tranzystory nazywamy bipolarnymi

• pracuje niemal wyłącznie dwustanowo [ w zależności od znaku sygnału sterującego jest wprowadzany w stan przewodzenia (nasycenia) o małym spadku napięcia miedzy emiterem a kolektorem lub w stan nieprzewodzenia o dużej rezystancji wewnętrznej.

• Przełączenie do stanu przewodzenia i utrzymywanie tranzystora w tym stanie odbywa się poprzez sygnał prądowy bazy [dodatni dla tranzystora n-p-n a ujemny dla p-n-p ]

• Przełączenie ze stanu przewodzenia do stanu nieprzewodzenia wymaga doprowadzenia do bazy sygnału prądowego w kierunku przeciwnym [ujemnym dla n-p-n a dodatnim dla p-n-p]

Działanie - Na przykładzie NPN Gdy złącze po lewej stronie jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia bariera potencjału obniża się i nośniki są wstrzykiwane z emitera do bazy. Ponieważ baza jest bardzo cienka - niemal wszystkie wstrzyknięte nośniki przedostają się do obszaru kolektora. Stosunek liczby nośników wpływających do kolektora do liczby nośników wstrzykiwanych przez zlącze emiter baza jest nazywany Współczynnikiem wzmocnienia prądowego w układzie wspólnej bazy

2. Parametry tranzystora bipolarnego

Zestaw parametrów katalogowych tranzystora dzieli się najogólniej na parametry dopuszczalne graniczne i parametry charakterystyczne. W grupie parametrów dopuszczalnych granicznych podaje się przede wszystkim sześć następujących parametrów (w nawiasach podano oznaczenia stosowane w katalogach wydawanych w języku angielskim): l
- U_CBO - maksymalne napięcie kolektor-baza przy rozwartym emiterze; to ograniczenie wynika ze zjawiska przebicia
- U_CEO- maksymalne napięcie kolektor-emiter przy rozwartej bazie; to napięcie ma zwykle wartość o kilkadziesiąt procent mniejszą niż UCBO
- U_EBO -maksymalne napięcie na złączu emiter-baza spolaryzowanym w kierunku zaporowym przy rozwartym kolektorze; wartość tego napięcia wynika zwykle z przebicia Zenera i wynosi zaledwie kilka woltów;
- I_C- maksymalny prąd kolektora;
- P_str - całkowita moc tracona w tranzystorze;
- T_j - maksymalna temperatura pracy złączy w tranzystorze.

W grupie parametrów charakterystycznych rozróżnia się kilka podgrup parametrów, tj.: statyczne, małosygnałowe, częstotliwościowe, przełączania oraz inne. Wśród parametrów statycznych najważniejsze są trzy następujące parametry:
- prądy zerowe, najczęściej /cm -prąd kolektora przy polaryzacji złącza C-B w kierunku zaporowym i rozwarciu obwodu emitera;
- ßN często oznaczane h_21E lub h_FE - współczynnik wzmocnienia prądowego dla układu WE przy pracy z dużymi sygnałami, czyli I_C/I_B,
- U_CE sat - napięcie nasycenia kolektor-emiter przy określonych wartościach prądów I_B , I_C

3. Narysowac charakterystyke wejsciowa, wyjsciowa i przejsciowa

Ic - prad wyjściowy, prad kolektorowy

Ube - przyłożone napiecie wejściowe, napiecie baza emiter

Uce - napiecie wyjściowe, napiecie kolektor emiter

Ib - prad bazy - prad wejsciowy

4. Opis tranzystora bipolarnego jako czwórnika

Równania opisujące czwornik : U₁ = h_11*I₁ + h_12*U₂

I₂ = h_21*I₁ + h_22*U_{2 -} Układ parametrow mieszanych lub typu h

H_11E -
- zwarciowa impedancja wejsciowa

H_12E -
- rozwarciowy współczynnik napięciowy sprzężenia zwrotnego

H_21E -
- zwarciowy współczynnik napięciowego wzmocnienia pradu

H_22E -
- rozwarciowa admitancja wyjsciowa

5.Definicja wzmocnienia prądowego parametrów konduktancji wyjściowej

Wzmocnienie prądowe : K_i =

Ic - wartość skuteczna prądu kolektora

Ib - wartość skuteczna prądu bazy

Wzmocnienie napięciowe : K_u=

H_11e - spadek napiecia na rezystancji R_c

Współczynnik wzmocnienia struktury struktury trzywarstwowej

I_E - prąd emitera I_C - prąd wyjściowy

W rzeczywistości współczynnik wzmocnienia jest nieco mniejszy od 1 ze względu na prąd zerowy - prąd generacji termicznej i wynosi 0,95-0,999.

6. Zastosowanie tranzystorów BJT i IGBT [tranzystor z izolowana bramka]

• wszędzie tam gdzie pojawiają się duże prądy obciążenia i napięcia do 3300 V

• w układach energoelektronicznych małej i średniej mocy ( nawet powyżej 500kW), w których wymagana jest komutacja wewnętrzna zaworów - ze względu na małe spadki napięcia na przyrządach w stanie przewodzenia oraz krótkie czasy przełączeń

• na chwile obecna rozwój techniczny tranzystorów IGBT z izolowana bramką [połączenie tranzystora bipolarnego z unipolarnym MOSFET] spowodował ze przyrządy te mają obecnie szersze zastosowanie niż tranzystory bipolarne mocy, zadecydowała o tym : łatwość sterowania większą obciążalność krótsze czasy przełączeń

Z najważniejszych urządzeń energoelektronicznych, w których wykorzystywane są tranzystory mocy można wymienic :

• Przemienniki częstotliwości i falowniki do regulacji silników prądu przemiennego przeznaczone do napędów trakcyjnych i przemysłowych

• Przekształczniki impulsowe [czopery] - stosowane w napedach pradu stalego np. w elektrycznej trakcji kolejowej tudzież miejskiej

• W źródłach bezprzewodowego zasilania

• Tranzystory są podstawowymi składnikami niemal każdego układu elektronicznego począwszy od najprostszego układu wzmacniającgo, a skończywszy na najbardziej skomplikowanych układach opartych na mikroprocesorach. Mimo panowania wszechobecnych układów scalonych tranzystory jako elementy dyskretne nadal pozostają ważnymi, a czasami

niezastąpionymi czy też najbardziej skutecznymi, chociażby jako elementy sprzęgające różne

układy między sobą.

7. Porównanie parametrów tranzystorow bipolarnych i polowych.

Graniczne parametry współcześnie wytwarzanych tranzystorów polowych mocy

I_D = 20 - 100 A - Prąd Drenu

U_DS = 200 - 50 V [wieksze wartości prądów odpowiadają niższym napięciom znamionowym]

T_on ≥ 0,09 μs

T_off ≥ 0,14 μs - Czasy przełączeń tranzystor polowych

Dopuszczalna stromość narastania napiecia > 20kV/ μs

Dopuszczalna stromość narastania prądu > 10kA/ μs

Zakres parametrow tranzystorow germanowych i krzemowych

Tranzystor	Napięcie wsteczne URE V	Prąd IZBO μA	Napięcie UCE V	Prąd IC A	Współczynnik wzmocnienia prądu	Moc PC W
Ge	0 - 60	1 - 100	30 - 60	0,01 - 25	10 - 100	0,05 - 25
Si	0 - 5	10 -8 - 1	60 - 600	0,01 - 150	10 - 1400	0,05 - 800

Parametry graniczne tranzystorow polowych SA podobne do odpowiednich parametrow tranzystorow bipolarnych . W tranzystorach polowych nie wystepuje jednak drugie przebicie. Dlatego tez tranzystory polowe mocy maja wiecej zalet niż tranzystory bipolarne mocy.

W tranzystorach polowych należy uważać na to aby nie przekraczac maxymalnego dopuszczalnego napiecia bramki.

Parametry tranzystorow polowych :

Parametry graniczne :		Kanal typu n zubożały	Kanal typu n wzbogacony
Napiecie dren źródło	UDS max	30 V	100 V
Prad drenu	ID max	25 mA	10A
Napiecie bramka źródło	UGS max	-30 V	± 20 V
Moc strat	P str max	300 mW	75 W
Parametry charakterytyczne
Napiecie progowe	Up	-1,5 …. - 4,5 V	1,5 ….. 3,5 V
Prad drenu przy UGS = 0	IDSS	6 …. 15mA	5A
Transkonduktacja	gmm	5mA/V	5A/V
Minimalna rezystancja w stanie włączenia	R sd on	200 Ω	0,14 Ω
Maxymalny prad bramki	IG max	5 nA	0,5mA
Maxymalny prad drenu w stanie odciecia	ID max	10 nA	1mA
Pojemność wejsciowa	Cwe S	4 pF	750 pF
Pojemność wyjsciowa	Cwy S	1,6 pF	300 pF
Pojemność zwrotna	Cw S	1,1 pF	50 pF
Pole wzmocnienia	fS	700 Mhz
Czas włączenia	ton		30 ns
Czas wylaczenia	t off		50 ns

Tranzystor bipolarny mocy nie jest odporny na napiecie wsteczne [ujemne napiecie kolektor emiter dla tranzystorow p-n-p] Graniczne napiecia wsteczne wynosza 5 - 20 V [związane jest to z wysokim domieszkowaniem warstwy emitera w celu uzyskania dużego wzmocnienia pradowego ]

Duza odporność tranzystora na napiecia blokowania do 1200 V

Czas magazynowania - czas po którym tranzystor przechodzi w stan quasi-nasycenia a nastepnie w obszar aktywny

---