P N P E C Bipolární tranzistor w N << L n, L p w B = w ef -x E wBwB xCxC 0 I B2 I En I Cp I C0p I C0n U EB IEIE ICIC IBIB čtyřpól, spotřebič U CB Vzdálenost.

Prezentace na téma: "P N P E C Bipolární tranzistor w N << L n, L p w B = w ef -x E wBwB xCxC 0 I B2 I En I Cp I C0p I C0n U EB IEIE ICIC IBIB čtyřpól, spotřebič U CB Vzdálenost."— Transkript prezentace:

1 P N P E C Bipolární tranzistor w N << L n, L p w B = w ef -x E wBwB xCxC 0 I B2 I En I Cp I C0p I C0n U EB IEIE ICIC IBIB čtyřpól, spotřebič U CB Vzdálenost mezi PN E, C w N << L n, L p jinak dvě „samostatné“ diody I E = I Ep + I En I C = - (I Cp + I C0p + I C0n ) I B = - (I E + I C ) Difúze, “malá” rekombinace Normální režim Inverzní režim I B, I C, I E = f(U EB, U CB ) - idealiz. model 1) N A, N D v E, B, C - homogenní 2) strmé PN 3) hranice mezi OPN emit. a bází strmá 4) dtto pro kolektorovou str. 3) a 4)  w ef 5) délka emitoru a kolektoru > L p (L n ) 6) S C a S E - stejná (standard S C >> S E    1 ) I B1 I Ep

2 jednorozměrný model f(x) A) E pouze v OPN přechodů B) generace a rekombinace - mimo OPN C) w ef = w B = konst.  f(U CB ) vstřik nosičů náboje emitorem - nízký (není přídavné pole v bázi) Bipolární tranzistor U EB - propustné, U CB - závěrné I COp, I COn -I CO - závěrný proud kolektoru I Ep - vstřik do báze I En - vstřik do emitoru I Ep - většina do kolektoru difúzí - I Cp zbytek rekombinace v B => I B I E = I Ep + I En I C = - (I COp + I COn + I Cp ) I B = - (I E + I C ) I Cp = f(U EB ) => řízení I C I Ep = S E J Ep = -S E eD p (d(Δp nB (x))/dx)| x=0

3 I E = a 11 [exp(U EB /u T )-1] - a 12 [exp(U CB /u T )-1] I C = -a 21 [exp(U EB /u T )-1] + a 22 [exp(U CB /u T )-1] a 11 = eS E D n n pOE /L n + eS E D p p nOB /w B (= I EBS ) a 12 = eS E D p p nOB /w B (= I CBS. α R ) a 21 = eS C D p p nOB /w B (= I EBS. α F ) a 22 = eS C D p p nOB /w B + eS C D n n pOC /L n (= I CBS ) Bipolární tranzistor je-li symetrie S E = S C, x-model = > a 12 = a 21 “konstanty” = f(konstrukce, materiál) SB, normální režim, U EB > 0, U CB = 0, aktivní režim I E = a 11 [exp(U EB /u T )-1] I C = -a 21 [exp(U EB /u T )-1] zesil. čin. = I C / I E | UCB=0 = -a 21 / a 11 = - α F 1 > α F > 0 ! typicky 0,99

4 Bipolární tranzistor SB, inverzní režim, U EB = 0, U CB > 0, aktivní režim obdobný postup, jiné a ij zesil. čin. = I E / I C | UEB=0 = - α R 1 > α R > 0 ! typicky 0,5-0,8 (reálné) pro U CB nenulové, záporné I E = a 11 [exp(U EB /u T )-1] - a 12 [exp(U CB /u T )-1] I C =-a 21 [exp(U EB /u T )-1] +a 22 [exp(U CB /u T )-1] I E = a 11 [exp(U EB /u T )-1] + a 12 I C =-a 21 [exp(U EB /u T )-1] - a 22 I C = f(I E ) I C = - a 21. I E / a 11 - (a 11 a 22 - a 12 a 21 )/ a 11 = I C = - α F. I E - I CBO I CBO... zbytkový proud při nezapoj. emitoru

5 Bipolární tranzistor Podobně - inverzní aktivní režim I E = - α R. I C - I EBO I EBO... zbyt. proud při nezapoj. kolektoru α F. I EBO = I CBO. α R a 11 = I EBO /(1 - α F α R ) a 12 = I CBO α R /(1 - α F α R ) a 21 = I EBO α F /(1 - α F α R ) a 22 = I CBO /(1 - α F α R ) Chování vnitřního tranzistoru ! Zkrat CB, U CB = 0, U EB < 0 zbytkový proud emitor báze I EBS I E | UCB=0 = - I EBO /(1 - α F α R ) = - I EBS Obdobně pro I CBS, podmínky obráceně I CBS = - I CBO /(1 - α F α R ) pak I S = I EBS α F = I CBS α R

6 I E = I S / α F. [”U EB ”] - I S. [”U CB ”] (5.20) I C = - I S. [”U EB ”] + I S / α R. [”U CB ”] I S... Current scale factor uměrný ploše přechodu !! (1:3) Bipolární tranzistor Výsledné rovnice Vztahy mezi zbytkovými proudy I E | UCB=0 = - I EBS = - I EBO /(1 - α F α R ) I C | UEB=0 = I CBS = - I CBO /(1 - α F α R ) I S = I EBS α F = I CBS α R I EBO α F = I CBO α R Indexy 0... nezapojená třetí elektroda S... zkratovaná - „ -

7 I E [mA] 20 U EB [V] 0,6 Vstupní charakteristika SBNormální režim I E = I S / α F. [”U EB ”] - I S [”U CB ”] ! U CB < 0 I E = I EBS. [exp(U EB /u T ) - 1] - I CBS. α R. [exp(U CB /u T ) - 1] I E = I EBS. [”U EB ”] - I CBS. α R je 0 pro U CB =0 přičítání Bipolární tranzistor U CB = 0 U CB < 0 - 10 V U CB < 0 - 4 V Kolektorové napětí způsobuje odsávání emitorem vstříknutých nosičů náboje z prostoru báze  zvýšení I E IEIE

8 P N P I C [mA] -25 U CB [V] -10 -20 Bipolární tranzistor Výstupní charakteristika SB Normální režim I C = - α F. I E – I CBO (5.12) I C  UCB=O = PLNÁ hodnota už od U CB = 0 I C  f (U CB ) téměř (reálně w ef = f(U CB ) ) IEIE +0,8 20mA 15 5 0 U CB = 0 IEIE ICIC U EB P N P U CB > 0 IEIE ICIC U EB 10

9 P N P E B C Obecný příklad označení orientace veličin Charakteristiky tranzistorů, diod - zásadně zobrazovány ve spotřebičové orientaci ! Emitorový přechod v normálním režimu - propustný Kolektorový přech. v normálním režimu - závěrný U CB IEIE ICIC U EB „Čtyřpólové“ - spotřebičové orientace +-+- +-+- U EB U CB IEIE ICIC Orientace zdrojů správně polarizující přechody tranzistoru v normálním režimu I E = I E U EB = U EB I C = - I C U CB = - U CB I E [mA] 20 U EB [V] 0,6 U CB = 0 U CB < 0 - 4 V U CB

10 Bipolární tranzistor E B´ E´ B C C´ I ININ I N /  F II/III/I  R =  I  F =  N R EE´ R BE R BC R CC´ R BB´ Ebers-Mollův náhradní obvod BJT I R = I I I F = I N B U EB U CB IEIE ICIC „Pozor“ na definici I R... Směrovládání - přenos - přenos E´B´C´ vnitřní tranzistor

11 I E = I Ep + I En  p = I Ep / I E I Ep =  p I E (co se dostane do báze) I C = I C1 (vstřik) + I C0 (klidový) = α B I E + I C0 I C1 = I Ep.  p = I E.  p.  p (to co se dostane do kolektoru) I C1 = α B. I E = α p. I E α B = α p =  p.  p. (  ) (PNP) = α n =  n.  n. (  ) (NPN) (standard S C >> S E =>   1 ) Bipolární tranzistor P N P -U CB IEIE ICIC U EB IBIB I C = α B I E + I C0 ... bázový přenosový činitel ... injekční účinnost ... účinnost kolektroru α B = funkce ( , ,  ) I Ep I Ep  p Postupu událostí vstřik, přenos, sběr α B = f ( , ,  )

12 U CE N N P Vstupní charakteristiky SE Normální režim - I B = I E + I C součet rovnic (5.20) I B = I EBS (1 - α F ) [exp(U EB /u T )-1] + I CBS. (1 - α R ). [exp(U CB /u T )-1] U BE = - U EB U CE = U CB - U EB << 0 I B = f(U BE ) = I EBS. (1- α F ) [exp(U EB /u T ) -1] - I CBS. (1- α R ). [1] U EB (I B =0) = U T. ln{1 + I CBS. (1 - α R )/I EBS (1 - α F )} téměř  f(U CE ) Bipolární tranzistor NPN znaménka a orientace obráceně I B [  A] -20 U BE [V] -0,6 U CE = 0 |U CE | >>| U CESAT | - 4 V PNP U BE ICIC U BE = 0 - I B

13 Výstupní charakteristiky SENormální režim U CE = U CB - U EB I E = I C + I B α E =  I C /  I B  P 0, U CE = konst. někdy  F d I C = α E. d I B / integrace 1) I C = α E. I B + K´ 2) I C = α B. I E + I CBO /. (1/α B ) (SB) I CBO... zbytkový proud při nezapojeném emitoru upravíme 2) tak aby vypadala jako 1) I C /α B - I CBO /α B = I E = I C + I B -I B - I CBO /α B = I C - I C /α B = I C (α B - 1)/ α B I C = I B. α B /(1 - α B ) + I CBO /(1 - α B ) (1 + α B /(1 - α B )) Zavedeme: α E = α B /(1 - α B ) I C = I B. α E + I CBO. (1 + α E ) = α E. I B + I CEO Bipolární tranzistor

14 U CE (V) I C (mA) IBIB P Cmax Oblast saturace Mez saturace Mezní přímka Hyperboly konst. výkonu I C  10 -9 A 10 20 30 40  A 8 I B =0 5

15 Bipolární tranzistor U CE ICIC Mezní přímka Inverzní režim Normální režim IBIB Jiný odstup charakteristik = jiné H 21E resp. h 21e

16 Bipolární tranzistor U CE ICIC IBIB Rozdíl H 21E resp. h 21e resp. h 21e P0P0 IBIB ICIC  I C = h 21e  I B + h 22e  U CE  I C =  I C /  I B.  I B +  I C /  U CE.U CE IBIB I B2 I B1 I B2 I B1 POPOPOPO IBIB h 21e =  I C /  I B  Po,  UCE=O U CE = k. h 21e =  I C /  I B  Po,UCE=konst h 21e = tečna k převodní charakteristice H 21E I C / I B H 21E = I C / I B  Po H 21E I C / I B H 21E = I CPo / I BPo - sečna ! h 21e = pro konkrétní zapojení

17 Bipolární tranzistor U CB ICIC h 21e = f (I C, U CB,  j ) h 21e log  N A - N D  pro lin. zesil. spínací E B C x N-N- N+N+ P N+N+ E w ef α B = funkce ( , ,  ) jj ICIC h 21e

18 Bipolární tranzistor U CB U CE h 21e = f (I C, U CB,  j ) ICIC log  N A - N D  E B C x N-N- N+N+ P N+N+ E w ef ICIC h 21e  Earlyho napětí IBIB h 21e =  I C /  I B  Po,UCE=k. ICIC U CE1 U CE2  I B = k.

19 Bipolární tranzistor jj U CE h 21e = f (I C, U CB,  j ) ICIC ICIC h 21e  IBIB jj I C0 =f() I C0 =f(  j ) U BE jj IBIB U CE

20 Bipolární tranzistor Oblast vysokých I C U CE h 21e = f (I C, U CB,  j ) ICIC log  N A - N D  E B C x N-N- N+N+ P N+N+ E w ef ICIC h 21e  IBIB h 21e =  I C /  I B  Po,UCE=k. U CE1 U CE2  I B = k.  U CE Kvazisaturace Kirkův jev

21 Bipolární tranzistor - NLO - s h parametry U CE ICIC IBIB P0P0  I C = h 21e  I B + h 22e  U CE IBIB POPOPOPO h 11e =  U BE /  I B  Po, UCE=k h 21e =  I C /  I B  Po,UCE=k  U BE = h 11e  I B + h 22e  U CE h 12e =  U BE /  U CE  Po, IB=k U BE  U CE  >>  U CESAT  U CE U CE =0 U CE =k h 11e I B =k  U CE =nelze h 22e =  I C /  U CE  Po,IB=k h 22e h 21e  I B  I C  U BE 1/h 22e h 11e h 12e  U CE h 21e  I B  U CE

22 Bipolární tranzistor U CE I B [  A] P Cmax Oblast saturace Mez saturace Mezní přímka Hyperboly konst. ztrát. výkonu I C  10 -9 10 20 5 30 40 „I B =0“ I B =0 I Cmax U CEmax 30 Aktivní oblast 50 I C [mA] 5

23 Bipolární tranzistor - Saturační napětí U CE I B [  A] Oblast saturace Mez saturace Mezní přímka I C  10 -9 A 10 20 5 30 40 I B =0 I Cmax 30 Aktivní oblast 50 I C [mA] 5 I CNmax U CESAT = 0,2V (÷0,5V)

24 Bipolární tranzistor - První průraz U CE IBIB I C  10 -9 A I B =0 U CEmax ICIC U (BR)CEU U (BR)CBO U (BR)CES U (BR)CER U (BR)CE0  U CE0 U CER U CES U CEU I CE0 I CER I CES I CEU I CB0 Oblast uzavřeného stavu I B  0 U CB N N P ICIC U (BR)CBO E C Osamocený přechod colektoru U CBO, I CBO U CE N N P U BE ICIC Vliv vstřiku z E do C U (BR)CEO U CEO, I CEO R BE =  U CE N N P U BE ICIC Vliv snížení vstřiku z E do C U (BR)CER U CER, I CER R BE = konečný - I B - I B  Odvedení části I C mimo E U CE N N P U BE ICIC Vliv snížení vstřiku z E do C U (BR)CES U CES, I CES R BE = 0 - I B - I B  Odvedení části I C mimo E U BE = 0 U CE N N P U BE ICIC Vliv snížení vstřiku z E do C U (BR)CEU U CEU, I CEU Záporné předpětí - I B - I B  Odvedení části I C mimo E U BE < 0 U CB0

25 Vliv vstřiku nosičů náboje ze sousedního přechodu PN na U BR I C =  B.M.I E + M.I CO I C = I E I C = M.I CO /(1-  B.M)  Podmínka průrazu I C  1-  B.M = 0  B.M = 1  E /(1+  E ) =  B = 1/M = 1-(U/U BR )   E /(1+  E ) = 1- (U (BR)CE0 /U (BR)CB0 )  (U (BR)CE0 /U (BR)CB0 )  = 1-  E /(1+  E ) (U (BR)CE0 /U (BR)CB0 )  = ((1+  E ) -  E ) /(1+  E ) (U (BR)CE0 /U (BR)CB0 )  = 1/(1+  E ) U (BR)CE0 /U (BR)CB0 = 1/(1+  E ) 1/  U (BR)CE0 = U (BR)CB0 /(1+  E ) 1/  U (BR)CE0  U (BR)CB0 /(  E ) 1/  !

26 Bipolární tranzistor - Druhý průraz (více typů)