ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Transkrypt

1 AKADMA GÓRNZO-HUTNZA M. STANSŁAWA STASZA W KRAKOW Wydzał normayk, lkronk Tlkomunkacj Kadra lkronk LMNTY LKTRONZN dr nż. Por Dzurdza paw. -3, pokój 43; l , por.dzurdza@ah.du.pl dr nż. rnusz rzozowsk paw. -3, pokój 5; l , rnusz.brzozowsk@ah.du.pl TRANZYSTOR POLARNY T 04 r. PD&

2 TRANZYSTOR POLARNY WSTĘP zy wsz, ż : npn. do ndawna ranzysor bpolarny był najpowszchnj sosowanym lmnm półprzwodnkowym, wypowadając słowo ranzysor rozumano, ż chodz o ranzysor bpolarny.. prąd płynący mędzy dwma końcówkam ranzysora bpolarno js rulowany przz sosunkowo nwlk prąd płynący przz rzcą końcówkę. pnp. w ranzysorz bpolarnym w przpływ prądu borą udzał zarówno lkrony jak dzury. T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 3 TRANZYSTOR POLARNY WSTĘP Jak o było z dodą?: D UD T T n p RL nn sposoby zwększana prądu unoszna??? T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 4

3 TRANZYSTOR POLARNY WSTĘP Wb p+ wsrzykwan dzur n unoszn dzur p R MTTR AS OLLTOR R U W dobrym ranzysorz pnp praw wszysk dzury wsrzykwan z mra do bazy są unoszon zbran w kolkorz. Tmu założnu sprzyja spłnn warunków wąskj bazy (Wb<<Lp) oraz dłuo czasu życa dzur τp. T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 5 TRANZYSTOR POLARNY WSTĘP Wb p+ wsrzykwan dzur n unoszn dzur p R MTTR AS OLLTOR R Na przpływ prądu bazy składają sę:. Prąd lkronów rkombnujących z dzuram w baz.. Prąd lkronów wsrzykwanych do mra pommo mmo, ż mr js slnj domszkowany nż baza. 3. Nwlk prąd lkronów (powsających w wynku nracj rmcznj) wpływający do bazy od srony zaporowo spolaryzowano złącza kolkorowo. T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 6 3

4 TRANZYSTOR POLARNY LANS PRZPŁYWU DZUR LKTRONÓW przpływ lkronów 5 przpływ dzur p+ p n p n 4 3 wsrzykwan dzury racon na rkombnację w baz dzury osąając złącz kolkora spolaryzowano zaporowo 3 cplna nracja lkronów dzur worzących prąd nasycna złącza kolkora spolaryzowano zaporowo 4 lkrony dosarczan przz konak bazy rkombnując z dzuram 5 lkrony wsrzyknę do mra poprzz złącz za: Przyrządy półprzwodnkow, n G. Srman T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 7 TRANZYSTOR POLARNY WSPÓŁZYNNK WZMONNA PRĄDOWGO przpływ lkronów p Współczynnk ransporu bazy (jaka część wsrzyknęych dzur doarła za pośrdncwm bazy doarła do kolkora przpływ dzur p+ n p n p p n p Współczynnk sprawnośc wsrzykwana mra p n n n p p p p p Wzmocnn prądow mędzy mrm a kolkorm p n / p / n p p za: Przyrządy półprzwodnkow, n G. Srman T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 8 4

5 00kΩ 5kΩ TRANZYSTOR POLARNY WZMANAZ O OPS JAKOŚOWY Przykład: u 0V p n p+ p 0s 0. s u 00V b[ma] 0.05 c[ma] 5 p 00 0V 0. ma 00k 0mA T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 9 TRANZYSTOR POLARNY STRUKTURY TRANZYSTORÓW POLARNYH n+ p n p+ n p npn pnp - mr baza - kolkor T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 0 5

6 TRANZYSTOR POLARNY PASMOWY MODL NRGTYZNY TRANZYSTORA n+ p n qu z polaryzacją bz polaryzacj -qu T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny TRANZYSTOR POLARNY KONGURAJ PRAY TRANZYSTORA POLARNGO O O uw uwy uw uwy O uw uwy T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 6

7 TRANZYSTOR POLARNY STANY PRAY TRANZYSTORA POLARNGO akywny normalny odcęca akywny nwrsyjny nasycna T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 3 TRANZYSTOR POLARNY MODL RSA-MOLLA αrr npn α R u u T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 4 u u nut n T U S RS u u nut n T U S S 7

8 TRANZYSTOR POLARNY MODL RSA-MOLLA S prąd rwrsyjny nasycna złącza mrowo przy zwarym złączu kolkorowym S prąd rwrsyjny nasycna złącza kolkorowo przy zwarym złączu mrowym 0 S 0 S n, n współczynnk ndalnośc złącza mrowo kolkorowo α sałoprądowy współczynnk wzmocnna prądowo ranzysora w konuracj O przy akywnj pracy normalnj 0 0 αr sałoprądowy współczynnk wzmocnna prądowo ranzysora w konuracj O przy akywnj pracy nwrsyjnj R R T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 5 TRANZYSTOR POLARNY MODL RSA-MOLLA S R S S ożsamość Onsara S ransporowy prąd nasycna u u S nut n T U S u u nu T S n T U S R równana -M uzalżnon ylko od rzch paramrów T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 6 8

9 TRANZYSTOR POLARNY MODL RSA-MOLLA Jżl zdnujmy przz prąd przwodzna dody mrowj przy pracy akywnj normalnj, oraz przz R prąd dody kolkorowj dla akywnj pracy nwrsyjnj: u nut S R S u nut S To orzymamy równana -M w posac: R R R u nut T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 7 TRANZYSTOR POLARNY MODL RSA-MOLLA db dbc jb αrr jbc α R npn u u T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 8 9

10 TRANZYSTOR POLARNY HARAKTRYSTYK W KONGURAJ O harakrysyk wjścow U U cons. U U U U<U U U T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 9 TRANZYSTOR POLARNY HARAKTRYSTYK W KONGURAJ O harakrysyk przjścow U cons. U U U U<U U T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 0 0

11 TRANZYSTOR POLARNY HARAKTRYSTYK W KONGURAJ O harakrysyk wyjścow U cons. < U 4 3 U U T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny TRANZYSTOR POLARNY ANALZA WZMANAZA W KONGURAJ O Okrślan punku pracy Q +U U R U R R U U R U uw U uwy U U U R U R T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny: wzmacnacz

12 TRANZYSTOR POLARNY ANALZA WZMANAZA W KONGURAJ O Wpływ wyboru punku pracy na właścwośc wzmacnając wzmacnacza R R uw uwy Q(, ) -/R Q(U, ) U Q(, U) U T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny: wzmacnacz 3 TRANZYSTOR POLARNY ANALZA WZMANAZA W KONGURAJ O Punk pracy zapwnający maksymalną dynamkę zman napęca wyjścowo R R uw uwy Q(, ) -/R Q(U, ) U Q(, U) U T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny: wzmacnacz 4

13 TRANZYSTOR POLARNY ANALZA WZMANAZA W KONGURAJ O Przsrowan wzmacnacza R R uw uwy Q(, ) -/R Q(U, ) U Q(, U) U T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny: wzmacnacz 5 TRANZYSTOR POLARNY ANALZA WZMANAZA W KONGURAJ O Punk pracy skukujący wchodznm wzmacnacza w obszar nasycna R R uw uwy Q(, ) Q(U, ) -/R U Q(, U) U T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny: wzmacnacz 6 3

14 TRANZYSTOR POLARNY ANALZA WZMANAZA W KONGURAJ O Punk pracy skukujący wchodznm wzmacnacza w obszar odcęca R R -/R uwy uw Q(, ) Q(U, ) U Q(, U) U T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny: wzmacnacz 7 TRANZYSTOR POLARNY ANALZA WZMANAZA W KONGURAJ O Sany pracy ranzysora w polu charakrysyk wyjścowych Pmax=U R R -/R Q(U, ) uwy uw U obszar nasycna obszar odcęca obszar akywny T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny: wzmacnacz 8 4

15 PRZŁĄZAN TRANZYSTORA POLARNGO T 04 r. PD& 9 PRZŁĄZAN TRANZYSTORA POLARNGO +U R U b P - R c Rc U R b P Rb b u c U U U R U c R c u b - R u c T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny: przłączan 30 5

16 PRZŁĄZAN TRANZYSTORA POLARNGO +U c U /R - R Rc -/R Rb b U sa U U u b u c U R b P M U U R c sa U R c T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny: przłączan 3 U sa U n (x) n (0) T PRZŁĄZAN TRANZYSTORA POLARNGO R r R ln U T ln R Q dq d Q Q równan konroln ładunku bazy dla pracy akywnj Q Q S n (x ) Q QS dq dqs d d S równan konroln ładunku bazy dla sanu nasycna 0 x T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny: przłączan 3 6

17 PRZŁĄZAN TRANZYSTORA POLARNGO u b b - R - R Rbb b(0)=(+r)/rb +U R R u b u c c K G M U u c za: Układy lkronczn cz. Układy analoow nlnow mpulsow, J. aranowsk, G. zajkowsk G M b b jc 0 j R b R T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny: przłączan 33 PRZŁĄZAN TRANZYSTORA POLARNGO u b b - R Rbb - R U P b(0)=(+r)/rb Rbb +U R R u b u c c d β r M d czas opóźnna Rbb ln U R P u c U U sa czas narasana K r Rc jcln K T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny: przłączan 34 7

18 PRZŁĄZAN TRANZYSTORA POLARNGO u b b - R Rbb - R U P b(0)=(+r)/rb Rbb β - R ( + R)R Rbb Rbb +U R R u b u c c u c M d r s U U sa βr s S ln M R R czas maazynowana T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny: przłączan 35 PRZŁĄZAN TRANZYSTORA POLARNGO u b b - R Rbb - R U P b(0)=(+r)/rb Rbb β - R ( + R)R Rbb Rbb +U R R u b u c c u c M d r s U βr R Rc jc ln R czas opadana G U sa czas przlou T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny: przłączan 36 8

19 PRZŁĄZAN TRANZYSTORA POLARNGO u b b - R Rbb - R U P b(0)=(+r)/rb Rbb β - R ( + R)R Rbb Rbb +U R R u b u c c u c M d r s U U sa βr ON d r czas włączna O czas wyłączna s T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny: przłączan 37 TRANZYSTOR POLARNY MODL PARANTRY MAŁOSYGNAŁOW T 04 r. PD& 38 9

20 MODL MAŁOSYGNAŁOWY L Tranzysor o lmn nlnowy Nlnow charakrysyk Nlnowy modl N N N U U Modl brsa-molla dla ranzysora bpolarno npn harakrysyk ranzysora bpolarno dla pracy w układz wspólno mra u u nut mut S( ) S ( u u nut mut N S( ) S ( ) ) Rysunk zaczrpnęo z: W. Marcnak Przyrządy półprzwodnkow układy scalon, WNT 979 T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 39 MODL MAŁOSYGNAŁOWY L ranzysor w obwodz G T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 40 0

21 MODL MAŁOSYGNAŁOWY L ranzysor w obwodz () =? R Pros oczko. R U N N Ko j polczy? U Z U w ()= A w sn() G U N U U xp S xp nut mut S N u U xp U S xp nut mut S Modl nlnowy (np.: brsa-molla) js nwyodny do analz ranzysora w wększych układach lkroncznych T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 4 MODL MAŁOSYGNAŁOWY JAK? Tranzysor lmn nlnowy Jak o zrobć? Lnowy modl PP PP Wokół punku pracy PP lnaryzacja charakrysyk PP modl zbudowany z lmnów lnowych (al z pwnym orancznam) harakrysyk ranzysora bpolarno dla pracy w układz wspólno mra Rysunk zaczrpnęo z: W. Marcnak Przyrządy półprzwodnkow układy scalon, WNT 979 T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 4

22 MODL MAŁOSYGNAŁOWY ranzysor jako czwórnk akywny składowa zmnna - małosynałowa składowa sała = + c + c c lnaryzacja ch-k Punk pracy w obszarz akywnym R U u U + u b u w = + b u =U +u b U u =U +u c U u Dla synałów zmnnych o małj ampludz ranzysor zasąpmy czwórnkm lnowym R b c u b u c R T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 43 W oólnym przypadku: ZWÓRNK LNOWY powórka z Tor obwodów Równana mpdancyjn: U = Z + Z U czwórnk lnowy U U = Z + Z Równana admancyjn: = Y U + Y U = Y U + Y U Równana mszan (hybrydow): U = H + H U = H + H U T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 44

23 MODL ZWÓRNKOW dla MAŁYH SYGNAŁÓW Mał synały oznaczna: mał lry z małym ndksam Równana mpdancyjn: u = z + z u = z + z Równana admancyjn: = y u + y u = y u + y u Równana hybrydow: u = h + h u = h + h u z z u z z u y u u y u y y u h u h h h u T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 45 h u h h h u MODL HYRYDOWY paramry dla W mpdancja wjścowa przy zwarym wyjścu (dla składowj napęca zmnno na wyjścu) u h u 0 u U cons u b uc0 wsczna ransmancja napęcowa przy rozwarym wjścu (rozwar źródło prądu zmnno na wjścu) u h u 0 u u cons u u ransmancja prądowa - wzmocnn prądow przy zwarym wyjścu (dla składowj napęca zmnno na wyjścu) h u 0 U cons c admancja wyjścowa przy rozwarym wjścu (rozwar źródło prądu zmnno na wjścu) h u 0 u cons b b c b 0 b uc0 c u c b 0 h h h h T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 46 3

24 MODL HYRYDOWY paramry dla różnych konuracj W W W + T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 47 MODL ZYZNY Pwn odwzorowan zjawsk zycznych zachodzących w ranzysorz schma zasępczy Nypowa charakrysyka przjścowa = (u ) Transkondukancja wpływ wjśca na wyjśc m u U, U cons ch-ka przjścowa m PP u U Transkondukancja zwrona wpływ napęca wyjścowo na wjśc r u U, U cons Kondukancja wjścowa cha-ka wjścowa (ranzysor od wjśca ) u U, U cons ch-ka zwrona ch-ka wjścowa Kondukancja wyjścowa cha-ka wyjścowa (ranzysor od wyjśca ) o u U, U cons ch-ka wyjścowa T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 48 4

25 MODL ZYZNY hybryd- dla O UPROSZZONY b c u b b m u b o c u c h-k ranzysora bpolarno dla O od srony wyjśca: źródło prądow srowan synałm z wjśca: m u b od srony wjśca: kondukancja wjścowa: b od srony wyjśca: kondukancja wyjścowa: o c T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 49 MODL ZYZNY hybryd- dla O bc PŁNY b r bb r bc c u b u b b b m u b o c u c h-k ranzysora bpolarno dla O od srony wyjśca: źródło prądow srowan synałm z wjśca: m u b od srony wjśca: kondukancja wjścowa: b od srony wyjśca: kondukancja wyjścowa: o c od srony wjśca: rzysancja obszaru bazy: r bb z wjśca na wyjśc bzpośrdno: sprzężn rzysancyjn baza-kolkor: r bc pojmność złącza mrowo b pojmność złącza kolkorowo bc T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 50 5

26 MODL hybryd- dla O wyznaczan paramrów () U Transkondukancja m z dncj: m czyl nachyln nypowj ch-k przjścowj = (U ) z punku pracy: różnczkując prąd dody mrowj z modlu brsa-molla: m ( U uwzlędnając prąd kolkora ( = ): m n U ) n U T T w prakyc n = T ( ) T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 5 m U T uproszczona zalżność S U n U wsp. wzm. prądowo dla O n wsp. ndalnośc złącza mrowo U T poncjał lkrormczny sały prąd kolkora polaryzujący ranzysor MODL hybryd- dla O wyznaczan paramrów () Kondukancja wjścowa b z dncj: b U czyl nachyln ch-k wjścowj = (U ) - nprakyczn z punku pracy: dla układu O js: zam z modlu brsa-molla prąd bazy dla O: Nasępn korzysając z d.: uwzlędnając: 0 mamy: b b ( ) wsp. wzm. prądowo dla O 0 wsp. wzm. prądowo dla O n wsp. ndalnośc złącza m. U T poncjał lkrormczny prąd kolkora pol. ranzysor T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 5 n U b T n U ( ) T n U 0 T S 0 m, U xp nut ( ) S U xp nut 6

27 MODL hybryd- dla O wyznaczan paramrów (3) Rzysancja rozproszona bazy r bb z porównana modlu hybryd- hybrydowo: T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 53 r bb h r Kondukancja wyjścowa c z dncj: c U c h U uwzlędnając k arly o: 0 różnczkując z d. U A mamy: c 0 U A U A U Sprzężn rzysancyjn r b c U z dncj: rb c U 0 U A U al U >> U, o: rb c 0 U A>> U, o: 0 c rb c 0 b U A napęc arly o U A U m T MODL hybryd- dla O wyznaczan paramrów (4) Pojmność wjścowa złącza mrowo b b d j pojmność złączowa pojmność dyuzyjna b d U T b Pojmność sprzęająca złącza kolkorowo b c Pojmność złączowa zaporowo spolaryzowano złącza baza-kolkor T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 54 7

28 MODL hybryd- dla O c c u b b b m u b cb cb u cb r bb U cons b u U, U cons U T b b 0 b m T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 55 ZĘSTOTLWOŚ GRANZN Kdy, dla jakch częsolwośc, ranzysor przsan spłnać swoją podsawową unkcję, czyl wzmacnać? Zakrs sosowalnośc: T Małosynałow wzmocnn prądow dla zwaro wyjśca: c ( j) b uc0 mub ( j) ( j) ( j) m b ( j) b j b T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 56 b b c 8

29 ZĘSTOTLWOŚ GRANZN zęsolwość ranczna przy, kórj wzmocnn () zmnjszy sę o 3d: T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 57 ) ( 0 b b c b b m j j ) ( ) ( X GX X G j ) ( X GX j X G X j G j Oznaczając : b b c b b m X G, ) ( G X X G X G X GX X G X b c b b ) ( c b b b 0 m b ZĘSTOTLWOŚ GRANZN zęsolwość ranczna przy, kórj wzmocnn () zmnjszy sę o 3d: Posępując analoczn jak dla W orzymujmy: T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 58 ) ( 0 b b

30 ZĘSTOTLWOŚ GRANZN zęsolwość prznoszna T przy, kórj moduł wzmocnna () = m b ( j) b j b b c b ( b b c ) 0 ( ) j ( ) 0 j j przy: dla: js: ( ) T 0 T T 0 T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 59 ZĘSTOTLWOŚ GRANZN, 0-3d -3d [khz] T Tranzysor bpolarny pracujący w układz wspólnj bazy ma -razy wększą częsolwość ranczną 0 T 04 r. PD& lmny lkronczn - ranzysor bpolarny 60 30