Tranzystory Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznaska Tranzystory

Tranzystory Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Tranzystory 1947 r. – pierwszy tranzystor ostrzowy – John Bradeen (z lewej), William Shockley (w środku) i Walter Brattain (z prawej) (Bell Labs) Zygmunt Kubiak 2

Komunikacja na odległość 1947 r. – pierwszy tranzystor ostrzowy – John Bradeen, William Shockley i Walter Brattain (Bell Labs) Zygmunt Kubiak 3

Tranzystory German typ n (domieszka Arsen), typ p (domieszka Ind) Zygmunt Kubiak 4

Tranzystory 1950 r. - pierwszy tranzystor złączowy bipolarny Zygmunt Kubiak 5

Tranzystory Tranzystor złączowy bipolarny Zygmunt Kubiak 6

Tranzystory Tranzystor złączowy bipolarny Zygmunt Kubiak 7

Tranzystory Tranzystor złączowy bipolarny, planarny http: //forbot. pl/blog/artykuly/elektronika/kurs-elektroniki-7 -tranzystory-w-praktyce-id 4315 Zygmunt Kubiak 8

Tranzystory 1957 r. – pierwszy złączowy tranzystor polowy JFET http: //instalacje 2004. republika. pl/Polprze/tran_unip. html http: //ep. com. pl/artykuly/9719 -Nowoczesne_tranzystory_mocy_czyli_dluga_droga_do_Si. C_i_Ga. N. html Zygmunt Kubiak 9

Tranzystory 1959 r. – pierwszy tranzystor MOSFET Zygmunt Kubiak 10

Tranzystory Podział tranzystorów - uproszczony Tranzystory bipolarne typ npn typ pnp Tranzystory polowe (FET) złączowe (JFET) z kanałem n z kanałem p z kanałem zubożanym z kanałem n z izolowaną bramką (MOSFET) z kanałem p z kanałem wzbogacanym z kanałem n z kanałem p Zygmunt Kubiak 11

Tranzystory bipolarne Zygmunt Kubiak 12

Tranzystory bipolarne Rozpływ prądu w tranzystorze złączowym bipolarnym Gdy złącze B-E spolaryzowane jest przewodząco to istnieje przepływ dziur z obszaru p do n oraz elektronów z obszaru n do p Część elektronów w obszarze p (bazy) łączy się z dziurami (rekombinuje) Zdecydowana większość elektronów, wstrzykiwanych z obszaru emitera do cienkiej warstwy bazy (p), trafia do złącza B-C a stąd pod wpływem pola elektrycznego do elektrody kolektora http: //ea. elportal. pl/bipolarne. html Zygmunt Kubiak 13

Tranzystory bipolarne Rozpływ prądu w tranzystorze złączowym bipolarnym Prąd bazy składa się z prądu rekombinacji oraz prądu wstrzykiwania dziur z obszaru bazy do obszaru emitera Prąd bazy jest znacznie mniejszy od prądu kolektora (IB << IC); stosunek prądu kolektora do prądu bazy nazywany jest wzmocnieniem prądowym tranzystora, oznaczanym grecką literą ß Tranzystory są konstruowane w taki sposób aby uzyskać duże wzmocnienie prądowe (wąski obszar bazy i silnie domieszkowany obszar emitera (n)) http: //ea. elportal. pl/bipolarne. html Zygmunt Kubiak 14

Tranzystory bipolarne Rozpływ prądu w tranzystorze złączowym bipolarnym Gdy złącze B-E spolaryzowane jest zaporowo, to w obwodzie kolektora płynie niewielki prąd IC 0 (zależny od temperatury) Prąd kolektora z uwzględnieniem prądu zerowego ma postać IC = (1+β)·IC 0 + β·IB Ponieważ IC 0 << IB to z reguły stosuje się wzór uproszczony ß = IC / IB http: //ea. elportal. pl/bipolarne. html Zygmunt Kubiak 15

Tranzystory bipolarne Bipolarny tranzystor npn w układzie wzmacniacza (wspólny E) Złącze C-B spolaryzowane w kierunku zaporowym, natomiast złącze B-E spolaryzowane w kierunku przewodzenia http: //ea. elportal. pl/bipolarne. html Zygmunt Kubiak 16

Tranzystory bipolarne Bipolarny tranzystor npn w układzie wzmacniacza (wspólny E) Bipolarny tranzystor pnp w układzie wzmacniacza (wspólny E) http: //ea. elportal. pl/bipolarne. html Zygmunt Kubiak 17

Tranzystory bipolarne Charakterystyki tranzystora http: //ea. elportal. pl/bipolarne. html Zygmunt Kubiak 18

Tranzystory bipolarne Charakterystyki tranzystora http: //ea. elportal. pl/bipolarne. html Zygmunt Kubiak 19

Tranzystory bipolarne Charakterystyki tranzystora Wzmocnienie jest stałe i zależy od prądu Wzmocnienie statyczne i dynamiczne http: //ea. elportal. pl/bipolarne. html Zygmunt Kubiak 20

Tranzystory bipolarne Parametry graniczne tranzystora UEB 0 max – dopuszczalne napięcie wsteczne B-E UCB 0 max - dopuszczalne napięcie wsteczne C-B UCE 0 max – maksymalne napięcie dopuszczalne C-E ICmax - maksymalny prąd kolektora IBmax - maksymalny prąd bazy Pstrmax - maksymalna dopuszczalna moc strat http: //ea. elportal. pl/bipolarne. html Zygmunt Kubiak 21

Tranzystory bipolarne Parametry graniczne tranzystora SOA - dozwolony obszar pracy aktywnej (ang. Safe Operating Area) Najwięcej mocy strat wydziela się w krótkich chwilach przełączania http: //ea. elportal. pl/bipolarne. html Zygmunt Kubiak 22

Tranzystory bipolarne Parametry graniczne tranzystora Zygmunt Kubiak 23

Tranzystory bipolarne Charakterystyka wyjściowa tranzystora (rzeczywista) Punkty pracy http: //ea. elportal. pl/bipolarne. html Zygmunt Kubiak 24

Tranzystory bipolarne Charakterystyka wyjściowa tranzystora (uproszczona) Stan aktywny opisany równaniem IC = β·IB + ICE 0 Brak zależności od UCE Stałe wzmocnienie prądowe β Napięcie UBE nie zależy od IB Napięcie UCES nie zależy od prądu kolektora IC ani prądu bazy IB Granica między stanem aktywnym a stanem nasycenia tranzystora występuje dla UCB = 0 czyli UCE = UBE http: //ea. elportal. pl/bipolarne. html Zygmunt Kubiak 25

Tranzystory polowe Zygmunt Kubiak 26

Tranzystory polowe Charakterystyki tranzystorów polowych http: //ea. elportal. pl/polowe. html Zygmunt Kubiak 27

Tranzystory polowe Działanie tranzystorów JFET (ang. Junction Field Effect Transistor) a) zwarte elektrody b) zaporowa polaryzacja złącza GS c) polaryzacja złącza DS. d) napięcie UDS większe niż na rys. c) Rezystancja kanału DS tranzystora JFET zależy od napięcia U DS http: //ea. elportal. pl/polowe. html Zygmunt Kubiak 28

Tranzystory polowe Działanie tranzystorów MOSFET (ang. Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) z kanałem indukowanym n+ oznacza silnie domieszkowany półprzewodnik typu n a) rozkład ładunków dla UGS = UDS =0; wokół obszaru źródła i drenu występuje obszar ładunku ujemnych jonów domieszki akceptorowej; b) bramka spolaryzowana dodatnio względem źródła (UGS > 0); dodatnia polaryzacja bramki indukuje pod jej powierzchnią warstwę inwersyjną (warstwa elektronów swobodnych) a głębiej, warstwę ujemnych jonów akceptorowych z której wypchnięte zostały dziury Warstwa inwersyjna stanowi wyindukowany kanał łączący źródło z drenem http: //ea. elportal. pl/polowe. html Zygmunt Kubiak 29

Tranzystory polowe Działanie tranzystorów MOSFET (ang. Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) z kanałem indukowanym c) rozkład ładunków dla UGS > 0 i UDS > 0; wokół obszaru źródła i drenu występuje obszar ładunku ujemnych jonów domieszki akceptorowej; d) jak w c) ale zwiększone napięcie UDS co powoduje dalsze zawężenie kanału; charakterystyki wyjściowe ulegają ugięciu –nie są liniowe http: //ea. elportal. pl/polowe. html Zygmunt Kubiak 30

Tranzystory polowe Charakterystyki przejściowe tranzystorów MOSFET (ang. Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) d) jak w c) ale zwiększone napięcie UDS co powoduje dalsze zawężenie kanału; charakterystyki wyjściowe ulegają ugięciu –nie są liniowe http: //ea. elportal. pl/polowe. html Zygmunt Kubiak 31

Inne typy tranzystorów Zygmunt Kubiak 32

Mikrokontrolery Podstawy Tranzystory IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) Łąc 11 -2016 Zygmunt Kubiak 33

Mikrokontrolery Podstawy Tranzystory IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) Łąc TRANZYSTOR IGBT FUJI 2 MBI 600 NT-060 600 V 600 A 11 -2016 Zygmunt Kubiak 34

ę g a w u a z ę j u k Dzię Zygmunt Kubiak 35

Dziękuję Zygmunt Kubiak 36 09200 6

Tranzystory bipolarne Charakterystyka wyjśc tranzystora (uproszcz Charakterystyka wyjściowa tranzystora (uproszczona) Stan aktywny opisany równaniem IC = β·IB + ICE 0 równaniem IC = β·IB + Brak zależności od UCE Stałe wzmocnienie prądowe β Stałe wzmocnienie prądow Napięcie UBE nie zależy od IB Napięcie UBE nie zależy o Napięcie UCES nie zależy prądu kolektora IC ani prądu bazy IB Napięcie UCES nie zależy Granica między stanem aktywnym a stanem nasycenia tranzystora występuje kolektora IC ani prądu ba dla UCB czyli UCE = UBE Granica między stanem aktywnym a stanem nasyc tranzystora występuje d czyli UCE = UBE http: //ea. elportal. pl/bipolarne. html Zygmunt Kubiak 37

Tranzystory 1950 r. - pierwszy tranzystor złączowy bipolarny http: //ea. elportal. pl/bipolarne. html Zygmunt Kubiak 38

Tranzystor � Zygmunt Kubiak 39

Tranzystor � W standardowym równaniu, opisującym spadek napięcia baza-emiter w tranzystorze bipolarnym, według modelu Ebbersa–Molla, występuje temperaturowo uzależniony zwrotny prąd nasycenia (In) Na schemacie zostało to jednak uproszczone przyjęciem identycznej geometrii obu diod i przeliczania prądu w diodach. W tym przykładzie przyjęto stosunek natężeń prądu w diodach jak 16: 1. Układ ten pozwala na pojedynczy pomiar różnicowy, umożliwiający wyeliminowanie szumu w diodzie, co poprawia szumowe parametry systemu. Ponieważ jednak w zdalnym czujniku diodowym jest tylko jedna dioda, wykonuje się kolejno dwa pomiary różnicowe i bierze ich różnicę, otrzymując poziom sygnału około 240µV/o. C. Zygmunt Kubiak 40

Tranzystor Zygmunt Kubiak 41

Tranzystor Zygmunt Kubiak 42