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