Elementy elektroniczne Wykłady 7: Tranzystory polowe

Transkrypt

1 Elementy elektroniczne Wykłady 7: Tranzystory polowe

2 Podział Tranzystor polowy (FET) Złączowy (JFET) Z izolowaną bramką (GFET) ze złączem m-s (MFET) ze złączem PN (PNFET) Typu MO (MOFET, HEXFET) cienkowarstwowy (TFT) z kanałem zuobożanym (normalnie włączone) z kanałem wzbogacanym (normalnie wyłączone) z kanałem typu N z kanałem typu P

3 Tranzystor PNFET (JFET) rain G Kanał N Gate p+ n p+ Gate G ource Kanał P

4 Tranzystor JFET zasada działania G1 < G =0.1V + n =0.1V + p+ n p+ - p+ p+ - - G1 - G + warstwa zaporowa + warstwa zaporowa

5 Tranzystor JFET zasada działania G1 < G =10V + n =10V + p+ n p+ - p+ p+ - - G1 - G + warstwa zaporowa + warstwa zaporowa

6 Tranzystor JFET charakterystyki

7 Tranzystor JFET charakterystyki

8 Tranzystor JFET charakterystyki

9 Tranzystor JFET parametry Parametry statyczne: - napiecie progowe p - prąd drenu ( G = 0) - rezystancja w stanie włączenia r ds - maksymalny prąd bramki Gmax - prąd drenu w stanie odcięcia min Parametry dynamiczne: - transkonduktancja g mm - pojemność wejściowa C we - pojemność wyjściowa C wy - pojemność zwrotna C w - pole wzmocnienia f - czas włączenia t on - czas wyłączenia t off

10 Tranzystor JFET parametry Parametry graniczne: - maksymalne napięcie źródło dren max - maksymalny prąd drenu max - maksymalne napięcie bramka źródło Gmax - moc strat P max

11 Tranzystor JFET punkt pracy

12 Tranzystor JFET ograniczenia

13 Tranzystory polowe punkt pracy

14 kłady polaryzacji układ dwubateryjny G G Q Q E GQ -E GG

15 Tranzystor JFET statyczny nieliniowy model wielkosygnałowy (zakres pentodowy) G - G 1 G P

16 kłady polaryzacji układ dwubateryjny Q G G G Q E GQ -E GG Q GQ E E GG Q Q

17 kłady polaryzacji układ z automatycznym minusem G Q Q E G GQ

18 kłady polaryzacji układ z automatycznym minusem G G Q 1 G P Q E GQ G GQ Q Q E Q

19 kłady polaryzacji układ potencjometryczny G Q 1 3 GQ Q E

20 kłady polaryzacji układ potencjometryczny G G Q Q E GG GQ E E GG E 1 G 1 3 1

21 kłady polaryzacji układ potencjometryczny G G G Q 1 G P Q E GQ E GG Q GQ E E GG Q

22 kłady polaryzacji stabilność punktu pracy a) układ dwubateryjny dla s = 0; b) układ z aut. minusem c) układ potencjometryczny Wzrost s zwiększa stabilność

23 kłady polaryzacji układ ze sprzężeniem drenowym 1 Q G Q E GQ

24 kłady polaryzacji układ ze sprzężeniem drenowym 1 GQ E 1 Q 1 G G Q Q 1 G P E la ( 1 + ) >> : Q E Q GQ Nie ma konieczności stosować dużych

25 kłady polaryzacji Przykład obliczania elementów układu polaryzacji

26 Przykładowe zadanie Oszacuj punkt pracy tranzystora (Q, Q) pracującego w układzie wzmacniacza z rys.5. o obliczeń należy przyjąć: = 5 kw, = 1 kw, G = 1 MW, E = 10 V, = 4 ma, p = - V.

27 1 p G G p p p G G p G G G p p p G G G p p p G G G p p p G p G p G p G G p G G G G G p G p G G p G G G G G m k jeżeli założymy, że = i G =0 to, więc mamy równanie kwadratowe: Wstawiając dane, otrzymujemy:

28 ozwiązujemy równanie kwadratowe i otrzymujemy prawdopodobne wyniki: G1 G 1V 4 V Z warunku, że G > P odrzucamy wynik, więc G1 1V G1 s ma 1000 s V prawdzenie z PPCE

29 Tranzystor JFET dynamiczny nieliniowy model wielkosygnałowy (zakres pentodowy) G C gd C gs G P 1 Pojemności C gs i C gd rzędu pf Praca impulsowa tranzystora będzie omówiona na przykładzie tranzystora MO

30 Tranzystor JFET liniowy model małosygnałowy O

31 Tranzystor JFET liniowy model małosygnałowy O

32 Tranzystor JFET częstotliwość graniczna

33 Tranzystor JFET liniowy model małosygnałowy O i OG

34 Tranzystor JFET przykładowe parametry

35 Tranzystor JFET model nieliniowy dynamiczny Pspice a

36 Tranzystor JFET model nieliniowy dynamiczny Pspice a

37 Tranzystor JFET model liniowy dynamiczny Pspice a

38 Tranzystor JFET model szumowy Pspice a

39 Tranzystor JFET model małosygnałowy i szumowy Pspice a

40 Tranzystory z izolowana bramką MO Normalnie wyłączone (z kanałem wzbogacanym) ource Gate rain ource Gate rain io io p+ p+ n+ n+ n p Base Base

41 Tranzystory z izolowana bramką MO Normalnie włączone (z kanałem zubożanym) ource Gate rain ource Gate rain p+ io p p+ n+ io p n+ n p Base Base

42 Tranzystor MOFET z kanałem typu P normalnie wyłączony =0.1V =10V p+ - p+ G io n G io n p+ - p+ + G + - G

43 Tranzystor MOFET z kanałem typu P normalnie wyłączony k k C n G 0x W L T W,L szerokość i długość kanału C 0x pojemność warstwy izolującej bramkę n ruchliwość nośników

44 Tranzystor MOFET z kanałem typu N normalnie wyłączony =0.1V =10V - + n+ - + n+ G io p G io p + G n+ + G n+ - -

45 Tranzystor MOFET z kanałem typu N normalnie wyłączony k G T

46 Tranzystor MOFET z kanałem typu P normalnie włączony =0.1V =10V =10V p+ - p+ - p+ G io n G io n G io n + G1 p+ + G1 p+ + G p G > G1

47 Tranzystor MOFET z kanałem typu P normalnie włączony 1 G T

48 Tranzystor MOFET z kanałem typu N normalnie włączony =0.1V =10V =10V - + n+ - + n+ - + n+ G io p G io p G io p - G1 n+ - + G1 n+ + - G n+ + G > G1

49 Tranzystor MOFET z kanałem typu N normalnie włączony

50 Tranzystor MOFET ograniczenia charakterystyk

51 Parametry statyczne: - napiecie progowe T - prąd drenu ( G = 0) Tranzystory MOFET - parametry - rezystancja w stanie włączenia r dson - maksymalny prąd bramki Gmax - prąd drenu w stanie odcięcia min Parametry dynamiczne: - transkonduktancja g mm - pojemność wejściowa C we - pojemność wyjściowa C wy - pojemność zwrotna C w - pole wzmocnienia f - czas włączenia t on - czas wyłączenia t off

52 Tranzystory MOFET - parametry Parametry graniczne: - maksymalne napięcie źródło dren max - maksymalny prąd drenu max - maksymalne napięcie bramka źródło Gmax - moc strat P max

53 tatyczny model nieliniowy NOMALNE WYŁĄCZONY KANAŁ N NOMALNE WYŁĄCZONY KANAŁ P G G G k G T - G k G T

54 tatyczny model nieliniowy NOMALNE WŁĄCZONY KANAŁ N NOMALNE WŁĄCZONY KANAŁ P G G - G 1 G P G 1 G P

55 obór punktu pracy W pracy nieliniowej tranzystory MOFET stosuje się w układach przełączających dużej mocy.

56 kłady polaryzacji Q Q G G G Q E Q E GQ G GQ E GG 1 Q Q G G 1 3 GQ Q E GQ Q E Obowiązują zależności takie jak dla układów polaryzacji tranzystorów JFET

57 Tranzystory polowe wpływ temperatury 1. Złączowe - temperatura wpływa na prąd zerowy złącza PN, powodując zmniejszanie się rezystancji wejściowej tranzystora.. Temperatura wpływa na wartość P napięcie to zmienia się ze wsp. Temperaturowym równym około.3 mv/ 0 C 3. Temperatura wpływa na ruchliwość nośników w kanale. Wzrost temperatury spadek ruchliwości spadek konduktancji wyjściowej i przejściowej tranzystora, spadek częstotliwości granicznej

58 Tranzystory polowe wpływ temperatury

59 Tranzystory polowe wpływ temperatury

60 Tranzystory polowe wpływ temperatury

61 ynamiczny model nieliniowy G C gd C gs k 1 G T lub G T

62 Praca impulsowa tranzystora MOFET G i (t) e G (t) u G (t) C L u (t)

63 Praca impulsowa tranzystora MOFET 1 G C C gs gd t d 1 ln E F E T t r. 1 t d E C C gd gd C L t C L ln asympt sat asympt asympt 3 CL ton td tr t t3 1 gm t f ln E E t 1 pass, OFF t OFF. t pass

64 Model małosygnałowy tranzystora MOFET

65 Model małosygnałowy tranzystora MOFET

66 Model małosygnałowy tranzystora MOFET - O

67 Częstotliwość graniczna tranzystora MOFET

68 zumy tranzystorów polowych

69 Konfiguracje pracy

70 Tranzystory polowe parametry admitancyjne

71 Model małosygnałowy tranzystora MOFET OG i O la konfiguracji OG i O obowiązuja takie same modele jak dla tranzystora JFET. Należy uwzględnoć w nich pojemność dren podłoże C db.

72 Porównanie konfiguracji pracy tranzystora

73 Przykładowe parametry

74 Tranzystory MOFET model nieliniowy dynamiczny Pspice a Najbardziej złożone modelowanie - 3 poziomy. Bardzo duża liczba parametrów. okładny opis np. Pspice komputerowa symulacja układów elektronicznych, J. zydorczyk, Wydawnictwo Helion

75 Tranzystory MOFET model małosygnałowy Pspice a

76 Tranzystory MOFET model szumowy Pspice a

77 Podsumowanie