Tranzystory. bipolarne (NPN i PNP), polowe (MOSFET), fototranzystory

Transkrypt

1 Tranzystory bipolarne (NPN i PNP), polowe (MOSFET), fototranzystory

2 Tranzystory -rodzaje Tranzystor to element, który posiada zdolność wzmacniania mocy sygnału elektrycznego. Z uwagi na tą właściwość, tranzystor zalicza się do grupy elementów aktywnych. Tranzystory bipolarne unipolarne nazywane polowe złączowe JFET MOS-FET Tranzystor MOS-FET (ang. metal-oxide-semiconductor field-effecttransistor). W skrócie nazywany jako MOS. Obecnie ponad 90% produkowanych na świecie układów wykonywanych jest w technologii CMOS(ang. Complementary MOS).

3 Pierwszy tranzystor bipolarny, Bell Lab 1947 John Bardeen i Walter Brattain pokazują przyrząd germanowy. Naukowcy zauważają, że kiedy sygnał przechodzi przez złącze germanowe, wtedy moc wyjściowa jest większa od wejściowej. Wyniki badań opublikowano w 1948 r. William Shockley odkrył zasadę działania tranzystora bipolarnego i opublikował to w 1949 r. Trzej naukowcy otrzymali wspólnie Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1956 r. William Shockley opuścił laboratorium Bella w 1956 i założył własne w San Francisco Bay w Kaliforni. Obecnie znane jako Dolina Krzemowa. 3

4 Wynalazek tranzystora MOS, J.E. Lilienfeld, 1933 J. E. Lilienfeld uzyskał w 1933 r. patent na wynalazek - przyrząd do regulacji prądu elektrycznego wykorzystujący znany efekt polowy. Julius Edgar Lilienfeld ( ), urodzony we Lwowie. Nazwa MOS skrót od ang. Metal Oxide Semiconductor. Pełna nazwa MOS FET, od ang. Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. 4

5 Współczesny tranzystor MOSFET ntel wprowadza w 1971 r. na rynek układ scalony 4 bitowy CPU o nazwie 4004, w którym bramki tranzystorów MOS wykonano z krzemu. Poly silicon Obecnie bramki tranzystorów MOS nie wytwarza się z metalu a z polikrystalicznego krzemu polysilicon. Nazwę MOS stosuję się nadal. 5

6 Podstawowa struktura tranzystora bipolarnego Tranzystor bipolarnyjest trójkońcówkowym elementem elektronicznym o prądowych charakterze sterowania. E N Emiter P Baza N Kolektor C P N P B Wymagania: 1. Ν E >>Ν B. w B <<L B 6

7 Zakresy paracy tranzystora bipolarnego Polaryzacja złącz w tranzystorze zakres aktywny normalny: BE przewodząco, BC zaporowo zakres nasycenia: BE przewodząco, BC przewodząco zakres aktywny inwersyjny: BE zaporowo, BC przewodząco zakres odcięcia: BE zaporowo, BC zaporowo 7

8 Charakterystyki statyczne TB Charakterystyka wejściowa Charakterystyka przejściowa prądowo-prądowa ( U1) U const = 1 ( 1) U const = U U U CE + EB CB = + + E C B = TB U 1 U Charakterystyka przejściowa prądowo-napięciowa Charakterystyka wyjściowa parametryzowana napięciowo Charakterystyka wyjściowa parametryzowana prądowo ( U1) U const = ( U) U const = 1 ( U) const = 1 8

9 Charakterystyki -U tranzystora NPN A C C C 1 1 * U =U U =const CE BE A C U BE U CE U BE U CE * 0 U 0 U U BE CE A C C U =U * CE C 1 1 A C B U CE 3 3 β 4 4 =const B B U CE 0 B * 0 U UCE 9

10 Charakterystyka wejściowa tranzystora NPN B B [µa] U BE A U CE Si U CE =const U CE >U BE 0 0,7V U BE [V] 10

11 i C i i + i E = = i = +α ( i + i ) C CB0 +α i B α = E 0,95 0, i E C VT ( u ) e BE CB0 ES u BE C B i C = CE0 +β i B CE0 = CB0 1 α β CB0 α β= β= α 11

12 Schemat zastępczy tranzystora NPN w zakresie aktywnym Kolektor =β + C B CE0 B BS e U V BE T β= CE Baza U BE Emiter 1

13 Punkt pracy tranzystora bipolarnego Punkt pracy tranzystora można jednoznacznie określić w polu charakterystyk wyjściowych, jeżeli znane są BQ, CQ,U CEQ oraz rezystancje R B, R E, R C i napięcia źródeł zasilania E B i E C. 13

14 Punkt pracy tranzystora bipolarnego 14

15 MOSFET z kanałem indukowanym typu n dren (D) bramka (G) źródło (S) (G) (G) (S) open (D) (S) closed (D) 15

16 Elektryczny stałoprądowy schemat zastępczy tranzystora polowego G=0 G U GS S D(U GS,U DS) D U DS S zakres odcięcia U GS <U T D =0 zakres nienasycenia U GS >U T ; U DS <U GS -U T D UDS< UGS UT = B U GS U T U DS U zakres nasycenia U GS >U T ; U DS U GS -U T B ( ) D = U ( ) GS UT UDS UGS UT µ nw B= CGK L DS ; 16

17 Charakterystyki MOSFET-a z kanałem indukowanym typu N (przykład) U DS =U GS -U T ZL Z. NASYCENA 17

18 Punkt pracy tranzystora MOSFET 18

19 Fototranzystor J f U CE C C =(1+β)( CB0 + f )+β B f = S f J f C J f4 J=const f ; B=0 J f3 C U CE=UCE1 J f J f1 0 U CE1 U CE J J J J f1 f f3 f4 J f 19