Podstawy działania elementów półprzewodnikowych - tranzystory

Transkrypt

1 Podstawy działania lmntów ółrzwodnikowych - tranzystory Wrocław 2010 Wrowadzni Złącz PN solaryzowan zaorowo: P N - + AT V q L n nn + L n dzi:,n wsółczynniki dyuzji dziur i lktronów L,n droi dyuzji dziur i lktronów n,n koncntracj nośników mnijszościowych 1

2 Wartość rądu nasycnia: Wrowadzni - ni zalży od rzyłożono naięcia (źródło rądow) - zalży od oziomu nośników mnijszościowych w oszczólnych obszarach (strowan) N.: zminiając liczbę lktronów w obszarz P : 4 n n 3 n 2 n 1 Wrowadzni Jak kontrolować liczbę (koncntrację) lktronów (nośników mnijszościowych)????? odatkow lktrony P N - + 2

3 Wrowadzni osoby zmiany koncntracji nośników: - dorowadzni nrii z zwnątrz n.: rominiowani świtln, Rntnowski it. - wstrzykiwani - dodatkowa lktroda (mitr) wrowadzani rądow Wrowadzni 3

4 nn Zasada działania Złącz - w kir rzwodz. (z do wstrzykiwan lktrony) lktrony o rzjściu rzz dostają się do warstwy zaorowj -, z którj wyciąan są rzz istnijący otncjał + w kirunku. trumiń lktronów wstrzykiwanych do bazy stanowi rąd mitra w obwodzi wjściowym, a strumiń lktronów odbiranych rzz. w obwodzi wyjściowym. Wsółczynnik wzmocninia rądowo tranzystora: α nn Zasada działania Wsółczynnik równy 1, dyż oba strumini lktronów są równ sobi. Jśli w obwodzi wj. umiścimy źródło strowan, w obwodzi wyjściowym R 0, to z wzlędu na dużo większą rzystancję solaryzowano zaorowo - niż - (w kir. rzwodznia), zmiany sowodują znaczn większ zmiany naięcia na złączu - niż -, zatm moc na na R 0 znaczni większa od mocy dostarczanj do obw.wj. kt WZMONN! 4

5 n n Polaryzacja n n n n haraktrystyki Tranzystor traktujmy jako czwórnik o cztrch aramtrach: W WY Wyznaczamy charaktrystyki: W WY W W WY WY ( W ) WY const ( WY ) WY const ( W ) WY const ( WY ) const - wjściow W - zwrotn naięciow - rzjściow rądow - wyjściow 5

6 haraktrystyki W W W WY WY ( W ) WY const ( WY ) WY const ( W ) WY const ( WY ) const W - wjściow - zwrotn naięciow - rzjściow rądow - wyjściow αn N tałorądowy modl brsa - Molla α N rąd diody mitrowj (aktywny zakrs racy normalnj tranzystora >0,3V i <<0) x 1 ϕt rwrsyjny rąd nasycnia złącza mitrowo rzy zwartym złączu kolktorowym 0 rwrsyjny rąd nasycnia złącza kolktorowo rzy zwartym złączu mitrowym 0 α N wsółczynnik wzmocninia rądowo tranzystora dla W rzy aktywnj racy normalnj β N wsółczynnik wzmocninia rądowo tranzystora dla W rzy aktywnj racy normalnj α wsółczynnik wzmocninia rądowo tranzystora dla W rzy aktywnj racy inwrsyjnj α N β N β + 1 N N rąd diody kolktorowj (aktywny zakrs racy inwrsyjnj tranzystora <<0 i >0,3V) x 1 ϕt β N α N 1 α N 6

7 la stanu aktywnj racy możmy zaisać: stąd otrzymujmy: tałorądowy modl brsa - Molla N N α N x ϕt N ( 1 α N ) N zatm uroszczony modl M dla stanu aktywnj racy normalnj tranzystora : β la wysokich tmratur złącza bliskich max tm. złącza (n.dla krzmu T jmax ) konicznym staj się uwzlędnini zrowo rądu kolktora. Wówczas rzyjmuj ostać: β + β + β + 0 tałorądowy modl brsa - Molla ( 1) 0 0 rąd zrowy złącza kolktor-baza rzy olaryzacji wstcznj i odłączonym mitrz (tyowa wartość dla krzmu A, odwaja się rzy wzrości tmratury o każd 8 o ). β (β+1) 0 7

8 tałorądowy modl brsa - Molla Linaryzacja diody w unkci racy Q Q Q b β Q Q b d d Q 0 Q Punkt racy Q Q Q Q Q Q 8

9 i b Małosynałowy modl hybryd π aramtry r b u ' c c c c m u r bb rzystancja rozrosznia bazy (rzystancja między zaciskim zwnętrznym a bazą wwnętrzną ~ 100Ω) + c m ω β ω T i c c di transkonuktancja (ni zalży od indywidualnych właściwości tranzystora di c Q m u const du c ϕ T ϕ T otncjał trmiczny lktronu 26mV konuktancja wyjściowa du c Q c u const b ' dic Y + Q konuktancja wjściowa b c ub ' const duc du uc const dib transkonduktancja zwrotna c β β m Q β ϕ β T ( + ) Y Q Q 0 Zjawisko arly o nachylni c Y nn ~ (80-200) V n ~ (40-150) V 9

10 Małosynałowy modl hybryd π częstotliwości raniczn zęstotliwości raniczn tranzystora - (wyznaczan z wsółczynnika β rzy zwarciu obwodu kolktora) i b r b ' c c i c u c m u β ( jω) i c uc 0 ib mu i b ( jω) ( jω) m c + c 1+ jω c β ( ω) [d] Małosynałowy modl hybryd π częstotliwości raniczn β 0 0 dy ω > ω ω β β ( jω) j ω 3d dy β(ω Τ )1 ω ω β Τ ( c + c c ) << m + ( c c ) c max częstotliwość rznosznia m T β β0 2π c + c ( ) β c m ω 0 β ( jω) β0 dy ω ω β to β ( jω) rzy β0 1+ jω β β 2π ω ωβ c częstotliwość raniczna T ωβ ω β ω β + c c 10

11 Paramtry raniczn charaktrystyki dla dużych Omax max douszczaln na. - Omax max douszczaln na. - dla 0 (ok. ½ Omax ) R - Omax rzy włączonym R omiędzy - - Omax rzy włączonym R0 omiędzy - Paramtry raniczn Maksymalna moc strat moc zaminiana na ciło w tranzystorz P str + 11

12 Tyow dan kataloow 237 (tr nn małj mocy) 249A (tr nn dużj mocy) Paramtry raniczn Naięci - 0 max 45 V 60 V Prąd max 100 ma 25 A Naięci - 0 max 6 V 5 V Prąd max 50 ma 5 A Moc strat P tot 300 mw 125 W Paramtry Prąd zrowy 0 0,2 na 0,5mA Pojmność złącza - c 3 F 500 F Pojmność złącza - 8 F Paramtry zalżn od Q Naięci - 0,6 V ( Q 1mA) 0,8 V ( Q 1A) Naięci nasycnia sat 60 mv ( Q 1mA) 200 mv ( Q 1A) Ws.wzmoc.rądowo β ( Q 1mA) ( Q 1mA) Pol wzmocninia T 100 MHz 3 MHz Tranzystor olowy FT Fild ct Transistor JFT Junction (złącz) MOFT Mtal Oxid miconductor (mtal-tlnk-ółrzwodnik) (mtalowa bramka izolowana jst (dwu)tlnkim krzmu od ółrzwodnikowo kanału wiodąco rąd). MOFT z kanałm zubażanym (MO) dltion mod MOFT z kanałm wzboacanym (MO) nhacmnt mod W raktyc stosowan są : 1. JFT N, 2. MOFT wzboacany N, 3. MOFT wzboacany P. Tranzystory olow strowan naięcim (biolarn ) w normalnych warunkach w obw. ni łyni rąd. Oznacza to, ż rzystancja wjściowa tranzystora jst bardzo duża 12

13 Tranzystor olowy JFT oularn F245, F246, F247 Tranzystory JFT są normalni włączon 0 tranzystor rzwodzi (odobni MOFT zubażan) Tranzystor olowy Tranzystory złączow JFT z kanałm tyu n > 0, > 0, < 0 i < 0 [ma] zakrs nasycnia (ntodowy) [V] naięci roow rzy 0 (stan odcięcia kanału inch-o) - max w zakrsi nasycnia (rzy 0) zakrs ninasycnia (triodowy) tranzystor zachowuj się jak rzystor ( unkcją ) wart. rzyst. zalży od 2 [ ( ) ] 2 2 [V] 13

14 Tranzystor olowy Tranzystory złączow JFT z kanałm tyu [ma] [V] [V] < 0, < 0, > 0 i > Tranzystor olowy Tranzystory złączow JFT modl małosynałowy s ss d s ' m s rss ' ds r dd m 2 Transkonduktancja m δ δ 0 2 ( ) 2 dy 2 max możliwa do uzyskania m mm transkonduktancja s ojmność omiędzy bramką a źródłm, d ojmność omiędzy bramką a drnm, s ojmność omiędzy bramką a odłożm, r dd, r ss rzystancj szrow drnu i źródła, najczęścij omijan w schmaci 14

15 Tranzystor olowy Tranzystory złączow JFT modl małosynałowy d ' r dd s ss s ' m s rss ds Konduktancja drnu ( 0 konduktancja wyjściowa) ds 0 δ δ 0 ds 2 ( ) λ λ λ - wsółczynnik uwzlędniający kt modulacji dłuości kanału (0,001 0,100) V -1 Tranzystor olowy Tranzystory złączow JFT częstotliwość T T częstotliwość odcięcia (cut-o) wyznaczana rzy w m s, tj. rzy zwartym wyjściu w d d ss s m s rzy zwartym wyjściu w jst rądm ładowania ojmności wjściowych ( s + ss d ) s w j ω + w 2π T s m + + s s ss d T m 2π 15

16 Tranzystory olowy Tranzystory z izolowana bramką z kanałm wzboacanym MOFT normalni wyłączon (MO) z kanałm tyu n > 0, > 0, > 0 i T > 0 [ma] [ma] ON > 0 T tyowo 10 V [V] [V] T naięci roow rzy 0 (thrshold), rąd (rąd uływu złącza -) rzy naięciu 0, ON rąd drnu rzy łnym włączniu tranzystora (rzy R ON ) Tranzystory olowy Tranzystory z izolowana bramką z kanałm wzboacanym MOFT normalni wyłączon (MO) z kanałm tyu < 0, < 0, < 0 i T < 0 [ma] [V] tyowo 10 V T [ma] [V] < 0 ON 16

17 Tranzystor olowy Tranzystory MOFT modl małosynałowy b s d ' m s r ss mb bs ' ds bs r dd db Transkonduktancja m δ δ, const Konduktancja wyjściowa ds δ 0 δ, const mb δ δ, const Transkonduktancja wynikająca z wływu na aramtry kanału. Wykorzystywana w obliczniach dy ojawi się składowa zminna. Tranzystor olowy Tranzystory MOFT modl małosynałowy d ' r dd b s ' m s mb bs ds db r ss bs w d d s b s m s ds db Tranzystory MO racują najczęścij rzy stałym naięciu bramki (brak składowj zminnj ni wystęuj kt odłoża) omijamy źródło mb bs 17

18 Tranzystor olowy Tranzystory MOFT częstotliwość odcięcia T T częstotliwość odcięcia (cut-o) wyznaczana rzy w m s, tj. rzy zwartym wyjściu w d d s b s m s ds db T 2π m ( + + ) s d b Tranzystor olowy Tyow dan kataloow F245 (tranzystor złączowy kanał n zubożany małj mocy) RF530 (tranzystor MO tyu n wzboacany dużj mocy) Paramtry raniczn Naięci - max 30 V 100 V Prąd max 25 ma 10 A Naięci - max -30 V ±20 V Moc strat P tot 300 mw 75 W Paramtry charaktrystyczn Naięci roow P -1,5... 4,5 V 1,5... 3,5 V Prąd rzy ma 0.25 ma Transkonduktancja m 5 ma/v 5 A/V Prąd max 5 na 0,5 ma Prąd w st. odcięcia max 10 na 1 ma Pojmność wj w 4 F 750 F Pojmność wyj wy 1,6 F 300 F Pol wzmocninia T 700 MHz 18