ENIAC (1947) Tranzystor. Baza (p) Pierwszy tranzystor John Bardeen, Walter Brattain, William Shockley

Transkrypt

1 TANZYSTOY POLAN ZŁĄZOW iolar Jucio Trasisor - JT Trazysor Trazysor biolary o odowiedie ołączeie dwóch złącz : mier () Kolekor () kolekor baza emier kolekor baza emier udowa razysora w echologii laarej: aza () PZYKŁAD STKTY TANZYSTOA PLANANGO Pierwszy razysor Joh ardee, Waler raai, William Shockley NA (947) 8 lam elekroowych masa: oad 7 o, owierzchia ok. 4 m "Naure abhors he vacuum ube." J.. Pierce, ell Labs egieer who coied he erm 'rasisor'

2 Działaie razysora biolarego złączowego a) kład iesolaryzoway (brak wymuszoej olaryzacji zewęrzej) ariera oecjału a złączu emier-baza i a złączu kolekor-baza dziury z emiera ie rzeikają do kolekora, rówowaga dyamicza rądów rekombiacji i geeracji kolekor oecjał Φ b) Zewęrze źródło olaryzacji układu emier-kolekor (baza a oecjale ieusaloym zewęrzie) Naięcie odkłada się a zaorowo solaryzowaym złączu baza-kolekor Wysokość bariery oecjału a złączu emier-baza bez zmia. rak rzeływu rądu w obwodzie oecjał Φ baza - emier Φ Φ Działaie razysora biolarego złączowego c) Złącze emier-baza solaryzowae w kieruku rzewodzeia aięciem ariera oecjału a złączu - maleje, Dziury z emiera dyfudują do bazy, Nasęie dziury dyfudują do kolekora, Płyie rąd w gałęzi kolekora (waruek: iewielka rekombiacja dziur w bazie) Naięcie określa wysokość bariery oecjału a złączu -, czyli oór między emierem i kolekorem Trazysor działa aalogiczie rzy odwroej olaryzacji Kieruek rzeływu ośików rądu jes aki sam: emier kolekor Nośikami rądu kolekora są elekroy oecjał Φ TANSSTO TANSfereable rezsto. - - c.d. Φ- rąd kolekora złącze - Procesy rekombiacyje: kolekor baza emier iewielka część dziur rekombiuje w bazie elekroy z bazy dyfudują do emiera, gdzie akŝe rekombiują Wyływ rądu z bazy do zewęrzego źródła: rówowaŝy rocesy rekombiacyje rąd bazy złącze - rąd emiera ozkład rądów w razysorze biolarym rąd rekombiacji elekroów w emierze rąd rekombiacji dziur w bazie Prąd emiera - dyfuzja dziur z emiera do bazy jeśli baza odowiedio cieka, większość dziur z emiera dociera do złącza - dziury wływające do kolekora worzą rąd kolekora urzymuje wysokość bariery oecjału baza - emier a odowiedim oziomie fek razysorowy zachodzi gdy: oba złącza są mookrysalicze dioda (złącze) emierowa solaryzowaa w kieruku rzewodzeia dioda (złącze) kolekorowa solaryzowaa w kieruku zaorowym grubość bazy mała w orówaiu z długością drogi dyfuzji ośików większościowych z emiera ( <<.. mm ) obszar emiera musi zawierać zaczie więcej ośików większościowych iŝ obszar bazy; rąd łyący od sroy emiera 3 5 razy większy iŝ rąd od sroy bazy - oecjał Φ - Φ -

3 Zachodzi relacja: oraz rąd jes roorcjoaly do rądu Wsółczyik wzmocieia rądowego razysora: β h zwykle β, o ile zewęrze źródła zezwalają WZMANAZ TANZYSTOOW Wzmaciacz o układ elekroiczy, w kórym eergia z układu zasilaia jes zamieiaa a eergię sygału wyjściowego.5 A 5 4 ZASLAN 3 ma Sygał wyjściowy jes fukcją sygału wejściowego WJŚ POWADZN WSPÓLN JŚ harakerysyka rądowo-aięciowa razysora Prąd kolekora arasa β-razy szybciej iŝ rąd bazy Prąd kolekora słabo zaleŝy od aięcia kolekor-emier ( ). P Wrowadzeie rądu do bazy (wywołaie rzeływu rądu kolekora) jes moŝliwe, gdy aięcie rzekroczy aięcie rzewodzeia złącza daego yu (.65 V dla krzemu,.35 V dla germau) Wzmaciacz razysorowy secjaly, seroway dzielik aięcia zasilającego Jedym z rezysorów w ym dzieliku jes razysor Trzy odsawowe układy wzmaciające z razysorem biolarym: zasilaie W W L L L W o wsólym emierze o wsólym kolekorze o wsólej bazie e wysecjalizowae wzmaciacze: są modyfikacjami, eweualie kombiacjami układów odsawowych. WŁASNOŚ WZMANAZY zasilaie W L L W L W o wsólym emierze o wsólym kolekorze o wsólej bazie Zakładamy kszał sygału wejściowego (serującego): u W () W cos() W odkład sały W składowa zmiea harmoicza o amliudzie W Sygał uŝyeczy (iosący iformację): składowa zmiea Zakładamy ę samą osać aięcia wyjściowego i wejściowego ę samą osać rądu wyjściowego i wejściowego czyli wzmaciacz racuje w zakresie liiowym 3

4 Przyomieie: β ( β ) Wzmaciacz o wsólym kolekorze (wórik emierowy) Wzmaciacz o wsólym emierze: rąd wejściowy rąd bazy rąd wyjściowy rąd kolekora > W β W - W W W < czyli: brak wzmocieia aięciowego wzmocieie rądowe * L o wsólym emierze rąd wejściowy rąd bazy rąd wyjściowy rąd emiera czyli W ( β ) o wsólym kolekorze Dla go ooru rezysora L asęuje a im duŝy sadek aięcia, a więc wzmocieie aięciowe wzmocieie mocy wzmocieie rądowe jes zgode fazy sygału wyjściowego i wejściowego zachodzi odwróceie fazy aięcia wyjściowego względem wejściowego Wzmaciacz o wsólej bazie: rąd wejściowy rąd emiera: W ( β ) PODSMOWAN rąd wyjściowy rąd kolekora: β β wzmocieie rądowe: < W β brak wzmocieia rądowego o wsólej bazie rzy odowiedio duŝym oorze rezysora L moŝa uzyskać zmiay aięcia a wyjściu czyli moŝliwe wzmocieie aięciowe aięcie wyjściowe zgode w fazie z aięciem wejściowym N r 3 4 Wzmaciacz o: Wzmocieie aięciowe Wzmocieie rądowe Przesuięcie fazowe W- Pasmo rzeoszeia WSPÓLNYM MTZ 8 małe WSPÓLNYM KOLKTOZ < średie WSPÓLNJ AZ < 4

5 ZNAZAN PNKT PAY TANZYSTOA. (usalaie wejściowego rądu składowej sałej) efek rosowaia jedoołówkowego dla sygałów siusoidalych, oiewaŝ razysor racuje liiowo ylko wedy, gdy aięcie rzekroczy aięcie rzewodzeia daego yu złącza (.65 V) uzyskaie wzmaciaia eło-okresowego wymaga dodaia sałego odkładu (sały rąd bazy) do wzmaciaego sygału zmieego (zmieego rądu bazy) kład auomayczego dodawaia odkładu sałego jes układem olaryzacji (określeie uku racy razysora) Przykład: rąd olaryzacji bazy razysora ze źródła zasilaia rzez oorik b usalający składową sałą a wejściu. Kodesaory i słuŝą do odsearowaia odkładu sałego od wejścia i wyjścia wzmaciacza (srzęŝeie A). W W W W b czas L czas układ wsóly emier STALAN OPTYMALNGO PNKT PAY TANZYSTOA graficza aaliza charakerysyk Hierbola mocy Schema osęowaia: P MAX. Przesrzeń uków racy (, ), w jakich moŝe zajdować się razysor / jes ograiczoa rzez hierbolę L maksymalej douszczalej cielej mocy sra razysora, określoej w kaalogu rzez roducea: P MAX *. Trazysor racuje w układzie dzielika rosa obciąŝeia aięcia z rezysorem L - L rzesrzeń uków racy ograicza się do rosej oisaej rówaiem: - L * (zw. rosa obciąŝeia) Naięcie zasilaia oraz oór L dobieramy ak, by rosa obciąŝeia była sycza do hierboli mocy (lub W rzebiegała oiŝej) b 3. Odczyujemy oymaly rąd sałego odkładu, wyzaczamy warość oorika b z r-ia : -.65V * b L W b PNKT PAY L układ wsóly emier Pasmo wzmocieia (rzeoszeia) wzmaciacza określoe jes rzez: własości razysora (wielkości asoŝyicze) sosób wsółdziałaia razysora z obwodem wzmaciacza odłączeia wejścia i wyjścia wzmaciacza PasoŜyicze elemey razysora rzeczywisego: rozroszoa rezysacja bazy r bb, ojemości emier-baza eb i kolekor-baza kb K PASMO WZMONNA PASMO PZNOSZNA < > Skuek: wsółczyik wzmocieia rądowego razysora maleje wraz ze wzrosem częsości rbb kb eb Pasmo wzmocieia razysora jes ograiczoe rzez częsość graiczą f T: owyŝej częsości f T wsółczyik wzmocieia rądowego β < K r bb i eb worzą filr dolorzeusowy, kóry boczikuje złącze baza-emier zmiejszeie rądu serującego razysor rzy wysokich częsościach β,, częsość graicza razysora : β(ft) częsość ft fek Millera SrzęŜeie między kolekorem a bazą w osaci filra dolorzeusowego worzoego rzez: kb, r bb oraz rezysację źródła sygału G ograiczeie asma rzeoszeia wzmaciacza w układzie o wsólym emierze sygały wyjściowe i wejściowe są rzeciwe w fazie dla częsości graiczych wzmaciacza wzmocieie jes miejsze o w sosuku do wzmocieia maksymalego ujeme srzęŝeie zwroe wyjścia (kolekor) z wejściem (baza) W układzie o wsólym kolekorze słaby wływ efeku Millera, gdyŝ kolekor razysora jes ołączoy z iskorezysywym źródłem zasilaia W układzie o wsólej bazie ie ma oddziaływaia wyjścia wzmaciacza a wejście rzez ojemość kb, gdyŝ baza ma usaloy oecjał. Pasmo rzeoszeia wzmaciacza określa się odobie jak asmo rzeoszeia filra: wy we Pasmo rzeoszeia G źródło sygału g kb r bb W / wzmaciacz k k( ) j MAX zęsość g 5

6 srukcja do ćwiczeia Trazysor biolary wzmaciacz razysorowy zęść Naięcie z geeraora: sygał liiowo arasający od V do 5 V i częsości około Hz (sygał rójkąy) zęść Zbudować wzmaciacz w układzie :wsóly emier : zasilić układu aięciem sałym 8 V zmierzyć za omocą wolomierza aięcie kolekora dobrać warość oorika regulowaego by 4 V Zbudować obwód: oymaly uk racy razysora we wzmaciaczu W zmiey sygał serujący bazą aięcie a kolekorze Naięcie W : sałe aięcie z zasilacza regulowae w zakresie od do V mierzymy za omocą wolomierza Wyzaczeie charakerysyki amliudowej wzmaciacza ( W ) Wejście układu: sygał siusoidaly o częsości około Hz Mierzymy ( W ) w całym zakresie mierzalych amliud wejściowych. Określamy zakres amliud W, dla kórych wzmaciacz racuje liiowo. Dla ego zakresu wyzaczamy wzmocieie wzmaciacza k, doasowując do daych L W.65V wyzaczyć charakerysyki ( ); aramer: rąd bazy wykreślić rodzię charakerysyk razysora..5 A ma doświadczalych rosą yu k * W Wyzaczeie charakerysyki częsościowej wzmaciacza: wzmocieie w fukcji częsości: k () Amliudę sygału wejściowego aleŝy dobierać ak, by w całym zakresie badaych częsości ( Hz - MHz) sygał był rzewarzay liiowo ANALZA TANZYSTOY POLOW TANZYSTOY POLOW ZŁĄZOW (Jucio Field ffec Trasisors) Wyzaczyć częsości graicze kład róŝiczkujący W j g j g Pojemość i rezysacja wejściowa wzmaciacza wzmocieie k -/ kmax wływ srzęŝeia wływ razysora kład całkujący kład całkujący W j g Pojemość i rezysacja wyjścia g asmo g częsość Filr góro- dolo-rzeusowy: g ezysacja wejściowa (GAT SO) razysora sięga 9 Ω 6

7 TANZYSTOY POLOW Z ZOLOWANĄ AMKĄ solaed Gae Field ffec Trasisors Meal Oxide Semicoducor Field ffec Trasisors (MOSFT) ZJAWSKA LNOW NLNOW X rzyczya () > POS > X skuek () X s X s X X Proces liiowy: X s ()k*x () Proces ieliiowy: X s () ieliiowa fukcja [X ()] Oór bramki względem odłoŝa sięga - 4 Ω razysory MOSFT w wersjach: wsęie owary lub wsęie zamkięy ezysory, kodesaory i cewki o elemey liiowe (w dobrym rzybliŝeiu) Większość elemeów elekroiczych o elemey ieliiowe. Przykłady: diody, razysory, yrysory, lamy elekroowe id. Liiowy Nieliiowy f ( ) X f ( ) Nieliiowe układy elekrycze r d eleme ieliiowy f ( ) ( ) cos ( ) cos X rezysacja zwykła: X d rezysacja róŝiczkowa (dyamicza): r d r d X dla elemeów ieliiowych: d X X X w elemeach ieliiowych amliuda aęŝeia rądu ie jes liiową fukcją amliudy aięcia w ogólości wyraŝa się szeregiem: s 7

8 ZJAWSKA NLNOW X rzyczya () > POS > X skuek () Proces ieliiowy (rzykład): X s ()k*[x ()ε*x ()] ε<< ZałoŜeie: X () cos() X s Mieszaie częsości w układzie ieliiowym (rzykład) X ( ) A cos cos POS NLNO: X s ()k*[x ()ε*x ()] ε<< X ( ) k X s k X ( ) k ε ( A cos ( ) k ε ( Acos cos ) cos Acos cos ) X S X s () k*[cos() ε*cos ()] ε ε ( ) k[cos cos( )] cos θ ( cosθ ) W rocesie ieliiowym owsała fala o dwóch składowych częsości: odsawowej: drugiej harmoiczej: sała ε/ rzesuięcie warości średiej wyrosowaie (rekyfikacja) Procesy ieliiowe > dodakowe częsości X składowe sygału X s :,,,,, jeśli zaczie większe od (ale orówywale) modulacja amliudy ( ) cos A[cos( ) cos( ) ] modulacja amliudy fali o częsości z częsością fukcja modulacji amliudy fali odsawowej u() π czas π WDMO SYGNAŁ, SKŁADOW HAMONZN Twierdzeie Fouriera : jeŝeli fukcja u() jes okresowa (eriodycza) o okresie T, o moŝa ją rzedsawić w osaci sumy szeregu harmoiczego: a T ) T T u( ) a u( d o cos( ) b si( ) a Po rzekszałceiach i odsawieiu: T a T u ( )cos( ) d T a b T b T u ( )si( ) d T b φ arcg a KaŜdą fukcję eriodyczą moŝemy rzedsawić w osaci: u( ) a o cos( φ ) - częsości kolejych składowych harmoiczych gdzie: φ Zbiór rójek liczb: (, φ ), π T - fazy kolejych składowych harmoiczych amliudy kolejych składowych harmoiczych jes widmem sygału si si 3 3 si5 5 u() f () 4 f ) (si si 3 si 5 π 3 5 (...) składowe o częsościach składowe harmoicze Fukcja okresowa charakeryzuje się widmem dyskreym!!!

9 WZOGAAN WDMA SYGNAŁ W KŁADAH NLNOH uw() u() W POWLAZ ZĘSTOŚ sygał siusoidaly Zasosowaia układów ieliiowych geeraor układ ieliiowy,, 3,... filr rezoasowy układ ieliiowy 4 5 kombiacja harmoiczych sygału wejściowego wybór składowej o daej częsości Źródło: sygał harmoiczy W ( ) Acos( φ) sygał wyjściowy obwodu: sadek aięcia a rezysorze ( ) ( Acos( φ ) ) D Zgodie z wierdzeiem Fouriera: ( ) cos( φ ) Widmo sygału wyjściowego jes bogasze iŝ widmo sygału wejściowego!!! (ojawiają się składowe o częsościach,, 4 id.) WAGA: kłady liiowe (. układy L) zmieiają widmo sygału oddziaływując a amliudę i fazę oszczególych składowych harmoiczych. Jedak układy liiowe ie wzbogacają widma sygału MSZAZ ZĘSTOŚ składowe o częsościach ierkombiacyjych,, 3,...,, 3,..., -,......,,..., -,... układ ieliiowy m filr rezoasowy wybór określoej składowej Zjawiska ieliiowe odsawą elekroiki kwaowej - echiki laserowej, radioechiki MODLAJA AMPLTDOWA (AM) modulacja amliudy: rzekazywaie iformacji o częsości Ω za omocą fali ośej o częsości [ msi( Ω) ] si( ) u( ) u() π Ω π ODONK: DMODLAJA FAL ZMODLOWANJ AMPLTDOWO Techika ieliiowa > odbiór iformacji rzekazywaej drogą radiową Najrosszy odbiorik aea Ω -Ω deekor Ω słuchawka m głębokość modulacji Po rzekszałceiach ) si( ) m { cos[ ( Ω) ] cos[ ( ) ] } czas ( Ω Widmo fali zmodulowaej amliudowo złoŝoe z rzech składowych o częsościach: (fali ośej) oraz Ω i -Ω (wsęg boczych) Ω -Ω wybór sacji adawczej czyli częsości filr rezoasowy deekor - eleme ieliiowy filr dolorzeusowy wybór sygału iformacyjego o częsości Ω Nadajik (radiowy) geeraor owielacz modulaor (mieszacz) filr rezoasowy wzmaciacz W układzie ieliiowym: mieszaie składowych rzebiegu zmodulowaego amliudowo w widmie wyjściowym: składowa iskiej częsości Ω (iformacja) mikrofo / wzmaciacz Ω, Ω -Ω aea Odbioriki deekorowe: wykorzysywae do odbioru ylko bardzo silych sacji 9