Wykład X TRANZYSTOR BIPOLARNY

Transkrypt

1 Wykład X TRANZYSTOR BIPOLARNY

2 Tranzystor Trójkoocówkowy półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolnośd wzmacniania sygnału elektrycznego. Nazwa tranzystor pochodzi z angielskiego zwrotu "transfer resistor", który oznacza element transformujący rezystancję.

3 Tranzystory - rodzaje Wyróżnia się dwie główne grupy tranzystorów, które różnią się zasadniczo zasadą działania: 1. Tranzystory bipolarne, w których prąd wyjściowy jest funkcją prądu wejściowego (sterowanie prądowe). 2. Tranzystory unipolarne (tranzystory polowe), w których prąd wyjściowy jest funkcją napięcia (sterowanie napięciowe). Jakub Dawidziuk czwartek, 31 grudnia 2015

4 Idea tranzystora bipolarnego

5 Tranzystory (jako elementy dyskretne)

6

7 Tranzystory PODSTAWY ELEKTRONIKI Jakub Dawidziuk 20 października 2006

8

9 Symbol graficzny tranzystora bipolarnego pnp

10 Symbol graficzny tranzystora bipolarnego npn

11 Budowa tranzystora bipolarnego npn

12 Zastosowania tranzystorów

13 Łącznik tranzystorowy (npn)

14 Łącznik tranzystorowy (pnp)

15 Stany pracy tranzystora Rozróżnia się cztery stany pracy tranzystora bipolarnego: stan zatkania (odcięcia): złącza BE i CB spolaryzowane są w kierunku zaporowym, stan nasycenia: złącza BE i CB spolaryzowane są w kierunku przewodzenia, stan aktywny (normalny): złącze BE spolaryzowane w kierunku przewodzenia, zaś złącze CB zaporowo, stan aktywny inwersyjny (inwersyjny): BE zaporowo, CB w kierunku przewodzenia (odwrotnie niż stanie aktywnym). Stan aktywny tranzystora jest podstawowym stanem pracy wykorzystywanym we wzmacniaczach; w tym zakresie pracy tranzystor charakteryzuje się dużym wzmocnieniem prądowym (kilkadziesiąt-kilkaset). Stany nasycenia i zaporowy stosowane są w technice impulsowej, jak również w układach cyfrowych. Stan aktywny inwersyjny nie jest powszechnie stosowany, ponieważ ze względów konstrukcyjnych tranzystor charakteryzuje się wówczas gorszymi parametrami niż w stanie aktywnym (normalnym), m.in. mniejszym wzmocnieniem prądowym.

16 Obszary pracy tranzystora npn

17 Polaryzacja normalna

18 Polaryzacja normalna przewodzi zatkane U CB U BE I B Nie mylid prądu kolektora I C z prądem diody bazakolektor. U CE

19 Aby tranzystor znajdował się w stanie normalnej pracy to muszą byd spełnione następujące warunki: dla tranzystora npn potencjał kolektora musi byd wyższy od potencjału emitera, dla tranzystora pnp potencjał kolektora musi byd niższy od potencjału emitera, dioda baza-emiter musi byd spolaryzowana w kierunku przewodzenia, a dioda kolektorbaza w kierunku zaporowym, nie mogą zostad przekroczone maksymalne wartości I C, I B, U CE, moc wydzielana na kolektorze I C U CE, temperatura pracy czy też napięcie U BE. npn pnp Jeżeli tranzystor jest w stanie normalnej pracy czyli spełnia powyższe warunki to z dobrym przybliżeniem prawdziwą jest zależnośd, którą warto zapamiętad: I C =h FE I B =b I B gdzie h FE jest współczynnikiem wzmocnienia prądowego nazywanego również betą. Współczynnik ten może przyjmowad wartości od 50 do 300A/A dla tego samego typu tranzystora, a więc nie jest dobrym parametrem na którym można opierad parametry projektowanego układu.

20 Tranzystor pracujący w układzie wzmacniacza. Złącze kolektor-baza jest spolaryzowane zaporowo (bateria E C ), natomiast złącze baza-emiter w kierunku przewodzenia (bateria E B ) Rozpływ prądu w tranzystorze npn. Ponieważ złącze baza-emiter jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia to istnieje przepływ dziur z obszaru p do obszaru n I B1 oraz przepływ elektronów z obszaru n do obszaru p I B2. Elektrony wprowadzane z emitera do bazy stają się tam nośnikami mniejszościowymi i drogą dyfuzji oddalają się od złącza emiterowego (złącze E). Częśd tych elektronów łączy się z dziurami, których w bazie jest bardzo dużo (obszar p). Wszystkie elektrony, które dotrą w pobliże złącza kolektorbaza (złącze C) są unoszone do obszaru kolektora. Dla niedużej szerokości obszaru p (bazy) praktycznie wszystkie elektrony wstrzykiwane przez emiter do bazy dotrą do kolektora. Bardzo ważnym jest aby strata elektronów w bazie była jak najmniejsza.

21

22 Tranzystor bipolarny (BJT) npn układy połączeń

23 Tranzystor bipolarny (BJT) pnp układy połączeń

24 Układ o wspólnej bazie R L -opornośd obciążenia Wzmocnienie napięciowe k u Wzmocnienie prądowe k i Wzmocnienie mocy k p Rezystancja wejściowe R I Rezystancja wyjściowa R O Przesunięcie fazy największe małe α 1 duże najmniejsza największa 0 o

25 Układ o wspólnym emiterze Wzmocnienie napięciowe k u Wzmocnienie prądowe k i Wzmocnienie mocy k p Rezystancja wejściowe R I Rezystancja wyjściowa R O Przesunięcie fazy duże duże - β największe mała duża 180 o

26 Układ o wspólnym kolektorze Wzmocnienie napięciowe k u Wzmocnienie prądowe k i Wzmocnienie mocy k p Rezystancja wejściowe R I Rezystancja wyjściowa R O Przesunięcie fazy małe 1 największe - β + 1 małe największa najmniejsza 0 o

27 Charakterystyki I-U tranzystora npn w konfiguracji OE Prąd kolektora I C jest tu funkcją napięcia baza-emiter U BE. Charakterystyka ta ma charakter wykładniczy. Charakterystyka wyjściowa tranzystora, która przedstawia zależnośd prądu kolektora I C od napięcia kolektor-emiter U CE przy doprowadzonym napięciu wejściowym baza-emiter U BE. Zauważmy, że: powyżej pewnego napięcia prąd kolektora prawie nie zależy od napięcia U CE, do wywołania dużej zmiany prądu kolektora I C wystarczy mała zmiana napięcia baza-emiter U BE. Punkt, w którym następuje zagięcie charakterystyki wyjściowej nazywany jest napięciem nasycenia kolektor-emiter U CEsat.

28 Charakterystyki wyjściowe tranzystora npn (przykłady OB i OE) OB OE W ukł. OB prąd I c płynie nawet przy U cb =0! Prąd kolektora w niewielkim stopniu zależy od U cb.

29

30

31 Tranzystor bipolarny w konfiguracji OE obszary pracy