W2. TRANZYSTORY

BIPOLARNE I UNIPOLARNE

Prof. Stanisław Kuta
Katedra Elektroniki
Akademia Górniczo - Hutnicza

2

2

TRANZYSTORY BIPOLARNE

E

B

C

n

n

p

E

B

C

p

p

n

E

C

B

E

B

C

Struktury n-p-n i p-n-p tranzystorów bipolarnych oraz ich

symbole układowe: E-emiter, C-kolektor, B-baza

3

3

Model Ebersa –

Molla

C

B

E

B

E

C

E

B

C

E

B

C

I

E

I

C

I

B

U

BE

U

BC

I

N

I

I

I

E

I

C

I

I

I

N

U

EB

U

CB



I I

I



I I

I



N N

I



N N

I

I

I

U

n

I

U

m

E

ES

BE

T

I CS

BC

T











 









 









 











exp

exp







1

1

I

I

U

n

I

U

m

C

N ES

BE

T

CS

BC

T











 









 









 

















exp

exp

1

1

Modele Ebersa-Molla dla tranzystorów n-p-n i

p-n-p.

Zgodnie z rys, prąd każdego złącza jest superpozycją

prądu własnego oraz prądu wstrzykniętego przez złącze
sąsiednie:

•

4

4

Charakterystyki małosygnałowe

I

I

U

U

I

U

U

b

B

CE U

U

const

be

B

CE U

U

const

ce

BE

CE

BE

CE

















































,

,

I

I

U

U

I

U

U

c

C

BE U U

const

be

C

CE U U

const

ce

BE

CE

BE

CE

















































,

,

g

e

R

g

u

1

i

1

i

2

u

2

R

L

Tranzystor jako czwórnik

aktywny

)

,

(

CE

BE

B

U

U

f

I 

)

,

(

CE

BE

C

U

U

f

I 

Dla układu

OE:

5

5







I

U

g

B

BE U

U

const

BE

CE

,









I

U

g

B

CE U

U

const

r

BE

CE

,









I

U

g

C

BE U

U

const

m

BE

CE

,









I

U

g

C

CE U

U

const

o

BE

CE

,





Konduktancja wejściowa:

Transkonduktancja

zwrotna:

Transkonduktancja:

Konduktancja wyjściowa:

6

6

Model typu hybryd

π

dla konfiguracji

OE

B

B

'

I

b

r

bb'

E

U

be

U

be

'

U

ce

I

c

C

C

C

C

b e

de

je









'

C



g



g



g U

m be

'

C

g

g

o

ce



C



g

g

r

be









'

/

1

C

C

C

b c

jc







'

g

g

r

b c









'

/

1

g

I

U

I
I

I

U

g

m

C

BE

C

B

B

BE

N b e




















'

T

m

AN

N

ce

N

N

C

CE

B

CB

c

b

c

b

g

U

g

I

U

I

U

g

r



























'

'

1

C

C

C

C

C

b e

de

je

de











'

7

7

Model typu hybryd π tranzystora w

konfiguracji OB

E

C

B

B

'

I

e

I

c

I

b

r

bb'

U

eb'

g

eb'

g

ec

U

ce

C

C

eb

eb



'

g

cb'

C

jc

g U

I

m eb

e

'





g

I

U

I

r

eb

E

BE U

U

const

E

T

eb

BE

BC

'

,

'















1









g

g

I

U

I

I

U

I

U

g

b e

B

BE

E

C

BE

E

BE

N

eb

N

'

'

 































1

1





g

g

g

g

eb

b e

N

b e

N

m

'

'

'



 







1

I

g U

g U

I

I

g U

e

eb

eb

ce

cb

c

e

cb

cb











8

8

Częstotliwości graniczne

tranzystora

 

 

 

 







j

I
I

g U

j

I j

g

g

j

C

C

C

g

c

b U

m b e

b

m

b e

je

de

jc

b e

ce























0

1

'

'

'

 







f

0

1

2













g

C

C

C

b e

je

de

jc

'















f

f

j

j









1

1

0

0

9

9

6dB/okt

20dB/dek 





]

dB

[





0



lg





0

lg









0

lg

20



dB

3



dB

3





f

T

f



f

f

lg

Zależności częstotliwościowe małosygnałowych współczynników

wzmocnienia β dla OE i α dla OB





f

C

C

C

g

f

jc

de

je

m

T













2

f

f

T







0









f

g

C

C

C

g

C

C

T

m

je

de

jc

m

je

de











2

2





10

10

Wielkosygnałowy model

tranzystora MOS

11

11

12

12

Wielkosygnałowy model Schichmana – Hodgesa

MOSFET





I

W

L

C

U

U U

U

D

ox

GS

T

DS

DS





















2

2

dla U

GS

> U

T

i 0 < U

DS

< U

GS

- U

T



 



I

K W

L

U

U

U

Dsat

GS

T

DS







'

2

1

2



dla U

GS

> U

T

i U

DS

> U

GS

-U

T





U

U

U

T

T

si

BS

si









0

 



I

I

U

BD

s

BD

T











 













exp



1

I

I

U

BS

s

BS

T











 













exp



1

13

13

K’ =



Cox - parametr transkonduktancyjny,

U

T0

- napięcie progowe przy napięciu podłoże-

źródło U

BS

=0,



- współczynnik objętościowy napięcia

progowego,

 - współczynnik modulacji długości kanału,



si

- potencjał powierzchniowy przy silnej inwersji

półprzewodnika

14

14

15

15

16

16

Małosygnałowy model tranzystora MOSFET

)

,

(

, BS

DS

GS

D

U

U

U

f

I 

g

I

U

m

D

GS U

U

DS

BS









,

const

g

g

I

U

o

ds

D

DS U

U

GS

BS











,

const

g

I

U

mb

D

BS U

U

DS

GS









,

const

Transkonduktancja:

Konduktancja wyjściowa:

Transkonduktancję
wynikającą z wpływu
napięcia U

BS :





g

K

W

L

I

K W

L

U

U

m

Dsat

GS

T







2 '

'

g

I

U

I

U

U

U

mb

D

BS

D

T

T

BS

















m

BS

si

m

mb

g

U

g

g













2

ds

mb

m

g

g

g

100

10





g

I

ds

D





17

17

G

S

B

D

U

gs

C

gs

C

gd

C

gb

r

ss

U

bs

C

bs

g

gs

C

db

r

dd

g U

m gs

g U

mb bs

a)

G

S

B

D

U

gs

C

gs

C

gd

C

gb

U

bs

C

bs

g

gs

C

db

g U

m gs

g U

mb bs

b)

Małosygnałowy model

tranzystora MOSFET:

a) z uwzględnieniem rezystancji

szeregowych r

dd

i r

ss

b) z pominięciem tych rezystancji

18

18

G

D

S

C

gb

C

gs

C

gd

C

db

g U

m gs

'

S

'

g

ds

r

ss

r

dd

I

in

I

d

U

gs

U

gs

'

Małosygnałowy model tranzystora MOSFET w

zakresie wielkich

częstotliwości, bez uwzględnienia efektu

podłoża

19

19





gb

gd

gs

gs

g

C

C

C

j

U

I









Częstotliwość odcięcia f

T

jest częstotliwością przy której

prąd wejściowy I

in

jest równy prądowi źródła sterowanego

g

m

U

gs

tranzystora przy zwartym wyjściu.

Częstotliwość graniczna f

T

tranzystora

MOSFET





f

g

C

C

C

T

m

gs

gd

gb







2



gs

m

d

U

g

I 

20

20

Tranzystory MOS z krótkim kanałem

21

21

Przykładowe charakterystyki

wyjściowe tranzystorów z kanałem

wzbogacanym

Tranzystor z krótkim kanałem Tranzystor bez efektu

krótkiego kanału

22

22

Przykładowe

charakterystyki

przejściowe

tranzystora NMOS z kanałem

wzbogacanym

Tranzystor z krótkim kanałem Tranzystor bez efektu

krótkiego kanału