Bipolrn tranzistor IE E w N Ln Lp
Bipolární tranzistor IE E w. N << Ln , Lp P N IEp IC 0 n IC 0 p IB 1 IB 2 IEn UEB ICp -x. E 0 w. B = wef w. B IB x. C P C IC UCB Vzdálenost mezi PN E , C w. N << Ln , Lp jinak dvě „samostatné“ diody čtyřpól, spotřebič Difúze , “malá” rekombinace Normální režim Inverzní režim IE = IEp + IEn IC = - (ICp + IC 0 n) IB = - (IE + IC) IB, IC, IE = f(UEB, UCB) - idealiz. model 1) NA, ND v E, B, C - homogenní 2) strmé PN 3) hranice mezi OPN emit. a bází strmá 4) dtto pro kolektorovou str. 3) a 4) wef 5) délka emitoru a kolektoru > Lp (Ln) 6) SC a SE - stejná (standard SC >> SE 1 )
Bipolární tranzistor jednorozměrný model f(x) A) E pouze v OPN přechodů B) generace a rekombinace - mimo OPN C) wef = w. B = konst. f(UCB) vstřik nosičů náboje emitorem - nízký (není přídavné pole v bázi) UEB - propustné, UCB - závěrné ICOp, ICOn -ICO- závěrný proud kolektoru IEp - vstřik do báze IEn - vstřik do emitoru IEp - většina do kolektoru difúzí - ICp zbytek rekombinace v B => IB IE = IEp + IEn IC = - (ICOp + ICOn + ICp) IB = - (IE + IC) ICp= f(UEB) => řízení IC IEp = SEJEp = -SE e. Dp (d(Δpn. B(x))/dx)|x=0
Bipolární tranzistor IE = a 11 [exp(UEB/u. T)-1] - a 12 [exp(UCB/u. T)-1] IC = -a 21 [exp(UEB/u. T)-1] + a 22 [exp(UCB/u. T)-1] a 11 = e. SEDnnp. OE/Ln + e. SEDppn. OB/w. B (= IEBS) a 12 = e. SEDppn. OB/w. B (= ICBS. αR) a 21 = e. SCDppn. OB/w. B (= IEBS. αF) a 22 = e. SCDppn. OB/w. B + e. SCDnnp. OC/Ln (= ICBS) je-li symetrie SE = SC , x-model = > a 12 = a 21 “konstanty” = f(konstrukce, materiál) SB, normální režim, UEB > 0 , UCB = 0 , aktivní režim IE = a 11 [exp(UEB/u. T)-1] IC = -a 21 [exp(UEB/u. T)-1] zesil. čin. = IC / IE |UCB=0 = -a 21 / a 11 = - αF 1 > αF > 0 ! typicky 0, 99
Bipolární tranzistor SB, inverzní režim, UEB = 0 , UCB > 0 , aktivní režim obdobný postup, jiné aij zesil. čin. = IE / IC |UEB=0 = - αR 1 > αR > 0 ! typicky 0, 5 -0, 8 (reálné) pro UCB nenulové, záporné IE = a 11 [exp(UEB/u. T)-1] - a 12 [exp(UCB/u. T)-1] IC =-a 21 [exp(UEB/u. T)-1] +a 22 [exp(UCB/u. T)-1] IE = a 11 [exp(UEB/u. T)-1] + a 12 IC =-a 21 [exp(UEB/u. T)-1] - a 22 IC = f(IE) IC = - a 21. IE/ a 11 - (a 11 a 22 - a 12 a 21)/ a 11= IC = - αF. IE - ICBO. . . zbytkový proud při nezapoj. emitoru
Bipolární tranzistor Podobně - inverzní aktivní režim IE = - αR. IC - IEBO. . . zbyt. proud při nezapoj. kolektoru αF. IEBO = ICBO. αR a 11 = IEBO /(1 - αF αR) a 12 = ICBO αR /(1 - αF αR) a 21 = IEBO αF /(1 - αF αR) a 22 = ICBO /(1 - αF αR) Chování vnitřního tranzistoru ! Zkrat CB , UCB = 0 , UEB < 0 zbytkový proud emitor báze IEBS IE|UCB=0 = - IEBO /(1 - αF αR) = - IEBS Obdobně pro ICBS , podmínky obráceně ICBS = - ICBO /(1 - αF αR) pak IS = IEBS αF = ICBS αR
Bipolární tranzistor Výsledné rovnice IE = IS / αF. [”UEB”] - IS. [”UCB”] IC = - IS. [”UEB”] + IS / αR. [”UCB”] IS. . . Current scale factor uměrný ploše přechodu !! (1: 3) Vztahy mezi zbytkovými proudy IE|UCB=0 = - IEBS = - IEBO /(1 - αF αR) IC|UEB=0 = ICBS = - ICBO /(1 - αF αR) IS = IEBS αF = ICBS αR IEBO αF = ICBO αR Indexy 0. . . nezapojená třetí elektroda S. . . zkratovaná - „ - (5. 20)
Bipolární tranzistor IE [m. A] Vstupní charakteristika SB Normální režim IE = IS / αF. [”UEB”] - IS [”UCB”] je 0 pro UCB=0 ! UCB < 0 IE = IEBS. [exp(UEB/u. T) - 1] - ICBS. αR. [exp(UCB/u. T) - 1] IE = IEBS. [”UEB”] - ICBS. αR přičítání UCB < 0 - 10 V UCB= 0 20 UCB < 0 -4 V 0, 6 UEB [V] Kolektorové napětí způsobuje odsávání emitorem vstříknutých nosičů náboje z prostoru báze zvýšení IIEE
Bipolární tranzistor Výstupní charakteristika SB Normální režim IC = - αF. IE – ICBO (5. 12) IC UCB=O = PLNÁ hodnota už od UCB = 0 IC f (UCB) téměř (reálně wef = f(UCB) ) IC [m. A] IE P N UEB IE -25 P UCB = 0 20 m. A 15 10 IE P N P 5 0 +0, 8 -10 -20 UCB [V] IC UEB UCB > 0 IC
Obecný příklad označení orientace veličin Charakteristiky tranzistorů, diod - zásadně zobrazovány ve spotřebičové orientaci ! Orientace zdrojů správně polarizující přechody tranzistoru v normálním režimu UEB + - IE P UEB N C IC P UCB UEB = UEB IE [m. A] IE B IC + - E IE = IE IC = - IC UCB = - UCB 20 UCB „Čtyřpólové“ - spotřebičové orientace Emitorový přechod v normálním režimu - propustný Kolektorový přech. v normálním režimu - závěrný UCB < 0 -4 V 0, 6 UCB= 0 UEB [V]
Bipolární tranzistor IE E UEB REE´ IN II IN / F RCC´ C´ B´ E´ IC C UCB II/ I RBB´ RBE Směr ovládání - přenos RBC B B Ebers-Mollův náhradní obvod BJT E´B´C´ vnitřní tranzistor „Pozor“ na definici IR. . . IR = II IF = IN F = N R = I
Bipolární tranzistor αB = funkce ( , , ) IE = IEp + IEn p = IEp / IE IEp = p IE (co se dostane do báze) IC = IC 1 (vstřik) + IC 0 (klidový) = αB IE + IC 0 IC 1 = IEp. p = IE. p (to co se dostane do kolektoru) IC 1 = αB. I E = αp. I E αB = αp = p. ( ) (PNP) = αn = n. ( ) (NPN) (standard SC >> SE => 1 ) IEp IE P UEB N IB IEp p P -UCB IC IC = αB IE + IC 0 Postupu událostí vstřik, přenos, sběr αB = f ( , , ) . . . bázový přenosový činitel . . . injekční účinnost . . . účinnost kolektroru
Bipolární tranzistor Vstupní charakteristiky SE Normální režim - IB = IE + IC součet rovnic (5. 20) IB = IEBS (1 - αF) [exp(UEB/u. T)-1] + ICBS. (1 - αR). [exp(UCB/u. T)-1] UBE = - UEB UCE = UCB - UEB << 0 IB = f(UBE) = IEBS. (1 - αF) [exp(UEB/u. T) -1] - ICBS. (1 - αR). [1] IB [ A] UEB (IB=0) = UT. ln{1 + ICBS. (1 - αR)/IEBS (1 - αF)} téměř f(UCE ) UCE= 0 PNP -0, 6 UBE [V] - IB N P UBE= 0 |UCE| >>| UCESAT| -4 V -20 IC UBE UCE N NPN znaménka a orientace obráceně
Bipolární tranzistor Výstupní charakteristiky SE Normální režim UCE = UCB - UEB IE = IC + IB αE = IC / IB P 0, UCE = konst. někdy F d I C = αE. d I B / integrace 1) IC = αE. IB + K´ 2) IC = αB. IE + ICBO /. (1/αB) ICBO. . . zbytkový proud při nezapojeném emitoru upravíme 2) tak aby vypadala jako 1) IC/αB - ICBO/αB = IE = IC + IB (SB) -IB - ICBO/αB = IC - IC/αB = IC (αB - 1)/ αB IC = IB. αB/(1 - αB) + ICBO/(1 - αB) Zavedeme: αE = αB/(1 - αB) IC = IB. αE + ICBO. (1 + αE) = αE. IB + ICEO (1 + αB/(1 - αB))
Bipolární tranzistor IC (m. A) Oblast saturace Mezní přímka PCmax Hyperboly konst. výkonu 8 40 A IB 30 20 10 5 IC 10 -9 A IB=0 20 UCE(V)
Bipolární tranzistor Mezní přímka IC Jiný odstup charakteristik = jiné H 21 E resp. h 21 e IB Normální režim UCE Inverzní režim
Bipolární tranzistor Rozdíl H 21 E resp. h 21 e IC IB IB 2 IB P 0 PO IC IB 1 IB IB IB 2 IB 1 h 21 e = tečna k převodní charakteristice H 21 E = ICPo / IBPo - sečna h 21 e = pro konkrétní zapojení UCE = k. UCE IC = IC/ IB. IB + IC/ UCE IC = h 21 e IB + h 22 e UCE h 21 e = IC / IB Po, UCE=O h 21 e = IC / IB Po, UCE=konst H 21 E = IC / IB Po !
Bipolární tranzistor αB = funkce ( , , ) h 21 e = f (IC, UCB, j) h 21 e spínací pro lin. zesil. N+ P E N+ log NA- ND NE B C wef h 21 e UCB IC j x IC
Bipolární tranzistor IC h 21 e = f (IC, UCB , j) h 21 e = IC / IB Po, UCE=k. IC IB = k. Earlyho napětí IB N+ P h 21 e E N+ log NA- ND NE B C wef UCE 1 UCE 2 UCE UCB x IC
Bipolární tranzistor IC h 21 e = f (IC, UCB , j) =f( j) IC 0=f( j IB IB j h 21 e UCE UBE UCE j IC
Bipolární tranzistor IC h 21 e = f (IC, UCB , j) h 21 e = IC / IB Po, UCE=k. IB = k. UCE Kvazisaturace Kirkův jev IB N+ h 21 e P E C wef UCE 2 UCE Oblast vysokých IC N+ log NA- ND NE B UCE 1 x IC
Bipolární tranzistor - NLO - s h parametry h 22 e = IC / UCE Po, IB=k IB 1/h 22 e h 11 e UBE h 21 e = IC / IB Po, UCE=k IC h 21 e P 0 h 22 e IB UCE h 12 e UCE=0 UCE =k UCE=nelze IB =k IB UCE h 21 e IB UCE >> UCESAT UCE UBE = h 11 e IB + h 22 e UCE IC = h 21 e IB + h 22 e UCE PO h 11 e = UBE / IB Po, UCE=k h 12 e = UBE / UCE Po, IB=k UBE
Bipolární tranzistor Oblast saturace Mezní přímka PCmax 50 ICmax Hyperboly konst. ztrát. výkonu IC [m. A] 5 40 IB [ A] 30 Aktivní oblast 20 10 IC 10 -9 „IB=0“ 5 IB=0 30 UCEmax UCE
Bipolární tranzistor - Saturační napětí Mezní přímka Oblast saturace ICmax Mez saturace 50 IC [m. A] 5 ICNmax 40 IB [ A] Aktivní oblast 30 20 10 5 UCESAT = 0, 2 V (÷ 0, 5 V) 30 IB=0 IC 10 -9 A UCE
Bipolární tranzistor - První průraz IC UBE < 0 UBE =0 U(BR)CE 0 Vliv snížení vstřiku zcolektoru ECdo C Osamocený přechod vstřiku z E do U(BR)CES ICCC (BR)CEU (BR)CER UU (BR)CBO (BR)CEO UCES , ICEU CER, I CES CER U N U ICEO CBO IC N CEO, CBO UCB - IB RBE= UCE P IB E UCE 0 ICER ICES ICEU UCEmax - IBB Odvedení části IICC mimo E E části U(BR)CE 0 U(BR)CER IB=0 N N Záporné předpětí RBE =0 RBE= konečný IC 10 -9 A Oblast uzavřeného stavu IB 0 UBE BE UCE 0 UCER U(BR)CBO U(BR)CES U(BR)CEU ICB 0 UCES UCEU UCB 0 UCE
Vliv vstřiku nosičů náboje ze sousedního přechodu PN na UBR IC = B. M. IE + M. ICO IC = IE IC = M. ICO /(1 - B. M) Podmínka průrazu IC 1 - B. M = 0 B. M = 1 E/(1+ E) = B = 1/M = 1 -(U/UBR) E/(1+ E) = 1 - (U(BR)CE 0/U(BR)CB 0) = 1 - E/(1+ E) (U(BR)CE 0/U(BR)CB 0) = ((1+ E) - E ) /(1+ E) (U(BR)CE 0/U(BR)CB 0) = 1/(1+ E) U(BR)CE 0/U(BR)CB 0 = 1/(1+ E) 1/ U(BR)CE 0 = U(BR)CB 0 /(1+ E) 1/ ! U(BR)CE 0 U(BR)CB 0 /( E) 1/
Bipolární tranzistor - Druhý průraz (více typů)
- Slides: 26