Dispozitive Si Circuite Electrice

  • View
    243

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Dispozitive Si Circuite Electrice

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    1/232

    Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie

    1.Purttori de sarcin n semiconductoare- dup conductibilitatea electric corpurile solide sunt:

    conductoare - > 103/cm la tamb` - ne~ 10

    22/cm3 (electroni liberi)- neutre electric local i general- conductibilitatea scade cu temperatura

    ( EEEqnqnvj n

    1

    ==== )

    (n jurul ionilor pozitivi care nu particip la conducie se mic electroni

    mobili)

    semiconductoare - ~ 10-10103 / cm (la temperatura ambiant)- pentru T

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    2/232

    Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004

    Dar, un electron de valen vecin, de pe alt legtur covalent,poate efectua o tranziie (tot datorit agitaiei termice) i ocup locul rmasliber; sub influena cmpului electric, se constat c are loc o deplasare desarcin pozitiv n sensul cmpului electric, adic un electron devenit liber

    determin efectuarea mai multor tranziii ca i cnd locurile libere s-ardeplasa. Se asociaz acestei deplasri a unei sarcini pozitive noiunea degol,adic un purttor de sarcin pozitiv care determina o component acurentului electric. De remarcat c golul nu este o particul elementar ci esteun concept care simuleaz deplasarea locurilor goale din structurasemiconductorului prin ocuparea lor de ctre electroni care se afl deja pealte nivele energetice.

    O alt explicaie a celor dou componente ale curentului electric dintr-unsemiconductor se poate da folosind teoria benzilor energetice dintr-un corpsolid.

    metale izolatoare-semiconductoare

    2

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    3/232

    Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004

    * conductoare: la temperatura absolut 00 Kelvin toate nivelele din BVsunt ocupate i cele din BC sunt libere; nivelul Fermi separ cele dou benzi;dac T crete, apar electroni de conducie care pot participa la conducie.

    * semiconductoare (izolatoare): la temperatura absolut 00

    Kelvin toatenivelele din BV sunt ocupate i cele din BC sunt libere; poziia niveluluiFermi nu este precizat; electronii nu pot ocupa nivele din BI; la energietermic suficient de mare (foarte mare) este posibil ca unii electroni s treacdin BV n BC.

    Numrul acestora depinde de W:- la germaniu: W = 0,67 eV- la siliciu: W = 1,1 eV- diamant: W = 6-7 eV

    Prin impurificare ( procedee tehnologice), proprietile electrice alesemiconductoarelor se modific foarte mult fiind dou posibiliti:

    * n cazul n care se introduc impuriti ale cror nivele energeticepermise n BV sunt foarte aproape de BC (elemente pentavalente, Bi, Sb, As,P) n care al cincilea electron trece uor n banda de conducie, se obinelectroni de conducie chiar la temperaturi sczute dei nu au aprut goluri n

    banda de valen adic procesul de generare de perechi de purttori nu estesemnificativ. Se spune c impuritile sunt de tip donori c, la temperaturacamerei, sunt ionizate complet. Rezult c, n semiconductor, numrul de

    purttori mobili electroni este mai mare dect cel de goluri.

    a) impurificare cu substane pentavalente (Bi, Sb, As, P) - donoare- al 5-lea electron trece uor n BC apar electroni de conducie- la temp. camerei toate impuritile sunt ionizate- procesul de generare de perechi nesemnificativ (nc)

    semiconductor extrinsec- purttorii majoritari electronii semic de tip N- purttorii minoritari golurile n >> p

    donoare acceptoare

    b) impurificare cu substane trivalente (B, Al, In, Ga) - acceptoare

    - apare uor un gol n BV pot participa la conducie- la temp. camerei toate impuritile sunt ionizate- procesul de generare de perechi nesemnificativ (nc)

    3

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    4/232

    Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004

    semiconductor extrinsec- purttorii majoritari golurile - semic de tip P- purttorii minoritari electronii n

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    5/232

    Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004

    313310 /105.2)(/105.1)( cmGencmSin ii * )()( GenSin ii

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    6/232

    Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004

    2.Conductibilitatea electric a semiconductoarelor T mic numr mic de purttori nu este curent electric T ambiant numrul de purttori mobili de sarcin crete prin

    ionizarea impuritilor obinui datorit agitaiei termiceSe aplici cmp electric peste micarea de agitaie termic dezordonatse suprapune o micare dirijat a purttorilor mobili de sarcin creia icorespunde o vitez medie de deplasare. Se constat proporionalitatea cucmpul electric:

    Ev = viteza mediev E cmp electric aplicat

    mobilitate

    sV

    m2 mrime de material:

    ( ) ( )Sinp

    Genp

    2

    1;

    2

    1

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    7/232

    Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004

    a1-a2 temp. joas ionizare imp.a2-a3 temp. ambiant toate imp. rezistivitatea scade la temp.

    sunt ionizate ambiant deoarece mobilitateaa3-c temp. mare crete conc. de scade cu temperatura

    purttori intrinseci b conc. imp. mai mare

    3. Difuzia purttorilor de sarcin- semic. dopat neuniform cu impuriti, fr cmp electric din exterior

    a) tendina de uniformizare (ca la gaze) prin proces de difuzie curentde difuzie;

    b) apare cmp electric sarcini electrice pozitive fixe (stnga) i sarcini

    electrice negative mobile (dreapta) care are tendina de a aduce napoi electroniispre stnga curent de cmp.c) rezult proces de uniformizare dinamicd) regim staionar (de echilibru) cnd transportul de purttori prin difuzie

    = transportul de purttori prin cmp.Curentul de difuzie este proporional cu gradientul concentraiei de

    purttori:

    pqDjnqDj pdifpndifn == ;

    pn DD , constante de difuzie,

    s

    cm2

    (depind de material)

    Ecuaiile de transport

    pn

    ppdifpcamppp

    nndifncampnn

    jjj

    pqDEqpjjj

    nqDEqnjjj

    +=

    =+=

    +=+=

    La echilibru termic: 0== pn jj

    Legtura dintre constanta de difuzie i mobilitate

    Ambele sunt mrimi care caracterizeaz acelai proces fizic cu caracter statistical micrii dezordonate a purttorilor de sarcin.

    7

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    8/232

    Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004

    - energia potenial: ( )xctWp += . Dar: qUWp =

    - potenialul intern:q

    WUp= deci: ( ) ( )

    q

    xctxU

    = .

    - cmpul intern:( )q

    xUgradE

    '==

    - curentul de electroni la echilibru termic:

    0=+=+= Eqndx

    dnqDEqnnqDj nnnnn

    - din:( )

    kT

    x

    nen

    = se deduce:kTxn n )(lnln

    = i apoi:

    ( )dx

    kT

    x

    n

    dn '= sau: ( )x

    kT

    n

    dx

    dn'=

    - curentul de electroni devine:

    ( )( )

    0'

    ' =+q

    xqnx

    kT

    nqD nn

    ,

    de unde, pentru: ( ) ,0' x rezult:

    kT

    Dnn = ; la fel:

    kT

    p

    p =

    (relaii Einstein)

    Ecuaiile de transport:

    +=

    +=

    pEkT

    q

    pqDj

    nEkT

    qnqDj

    pp

    nn

    - echilibrul termic nu depinde de mobilitate sau de constanta de difuzie

    4. Ecuaiile de continuitate- variaia n timp a concentraiei de purttori:

    - generare de purttori (termic, iradiere, etc.) Gn, Gp- recombinare de purttori (gol + electron dispar + foton) Rp, Rn

    - deplasare de purttori (div j 0)

    8

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    9/232

    Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004

    q

    jdiv

    Sq

    jdiv

    RGt

    n

    q

    jdivS

    q

    jdivRG

    t

    p

    n

    n

    n

    nn

    p

    p

    p

    pp

    ==

    ==

    viteza efectiv de cretereppp RGS =Recombinare: - direct

    - indirect: - centri de recombinare- capcane- centri de alipire

    Fie o generare de purttori care, la un moment dat, se oprete. Exist

    (concentraia la echilibru)01 pp >

    Sp va fi proporional cu concentraia de purttori n exces, , de forma:0pp

    p

    p

    ppS

    0=

    p este durata efectivde viaa purttorilor n exces

    Dac: 0=pjdiv , se obine ec. dif.:

    p

    pp

    dt

    dp

    0= cu condiia iniial:

    ( ) 10 pp =

    Soluia: pt

    eppptp

    += )()( 010 - semnificaia lui p

    Recombinarea depinde de concentraiile de purttori: ,pnRp = este coef. de proporionalitate

    Generarea se face pe cale termici viteza de generare depinde doar de temp.:

    00npGp =

    Rezult: ( )00nppnRGS ppp ==

    Fie: 00 , nnnppp == ( )

    ( )nppn

    pnnppnSp

    +

    ++=

    00

    00

    Semic. de tip N:

    ( )00000ppnpnSpn

    p=>>

    9

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    10/232

    Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004

    Dar:d

    p

    p

    pNn

    ppS

    11

    0

    0 =

    = (concluzie)

    Forma general a ecuaiilor de continuitate:

    q

    jdivnn

    t

    n

    qjdivpp

    tp

    n

    n

    p

    p

    +

    =

    =

    0

    0

    Aplicaie:- regim staionar- semic. de tip N- model unidimensional- cmp electric slab

    dx

    dj

    q

    pp

    dx

    dpqD

    dx

    dpqDEqpj

    p

    p

    nn

    np

    nppnp

    10 0

    =

    =

    002

    2

    010

    =

    =

    +

    ppD

    np

    np

    dx

    npd

    dx

    ndp

    p

    qD

    dx

    d

    qp

    np

    np

    Se noteaz: ppp DL = lungimea de difuzie a golurilor

    [ ] pLx

    nnnon epppxp

    += 0)0()(

    - x -

    10

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    11/232

    Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004

    Noiuni de electronica corpului solid

    1.Purttori de sarcin n semiconductoare2.Conductibilitatea electric a semiconductoarelor3.Difuzia purttorilor de sarcin4. Ecuaiile de continuitate

    11

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    12/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare

    procese fizice jonciunea PN la echilibru termic jonciunea PN cu tensiune aplicat caracteristica diodei reale regimul dinamic al jonciunii PN variante ale diodelor semiconductoare

    1.Procese fizice- cele mai multe dispozitive conin jonciuni pn- jonciunea pn este un semiconductor eterogen format din dou regiuni distincte

    dintre care una este dopat cu impuriti acceptoare iar cealalt cu impuritidonoare; cele dou regiuni formeaz o singur reea cristalin doparea diferitse realizeaz prin procedee tehnologice adecvate.

    a) faptul c cele dou regiuni de tip diferit sunt una lng alta face ca ndreptul jonciunii golurile din zona P s difuzeze n zona N; golurile ptrunse nzona N se recombin rapid cu electronii care sunt majoritari; acelai lucru sentmpl cu electronii din zona N care difuzeaz n zona P; rezult c apare uncurent de difuzie;

    b) prin plecarea golurilor din zona P n zona N, n imediata vecintate a

    jonciunii apare o zon cu sarcin negativ care este sarcina ionilor acceptoripentru neutralizarea crora nu mai sunt suficiente goluri; la fel, n zona N;aceast sarcin spaial fix creeaz un cmp electric care duce la apariia unuicurent de cmp ce se opune curentului de difuzie. Deci, in dreptul jonciuniiapare o barier de potenial care duce, prin curentul de cmp, la starea deechilibru; deci, prin jonciune, la echilibru termodinamic, nu exist un transportnet de purttori;

    c) n regiunile neutre exist purttori mobili de sarcin n numr mare, iarconductibilitile electrice vor fi:

    - n regiunea p: ppp pq - n regiunea n: n

    nn

    qn

    valori suficient de mari pentru a considera conducia curentului foarte bun. nprim aproximaie, se presupune c rezistena electric a acestor zone estesuficient de mic astfel nct pot fi neglijate cderile de tensiunecorespunztoare. n aceste condiii, limitarea curentului prin jonciune va fideterminat de regiunea de trecere n care numrul de purttori mobili de sarcineste mai mic.

    1

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    13/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie

    P N

    (N )a (N )d

    Na

    Nd

    -

    +

    impuritati

    x

    x

    Pp Pnpp Na

    x

    nn Ndnp nn

    n(x)

    p(x)

    x+-

    (x)

    x

    U0

    u(x)

    2

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    14/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie 2003

    2. Jonciunea pn la echilibru termic

    Se determin:

    - lungimea regiunii de trecere, np lll +=

    - nlimea barierei de potenial, 0U

    Aproximaii:

    a

    ipapipppp

    N

    nnNpnnpnp

    22 =>>

    d

    indninnnn

    N

    npNnnpnpn

    22 =>>

    model unidimensional

    Densitatea de sarcin electric din regiunea de trecere:

    [ ] aap qNxnxpNqxl +=

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    15/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie 2003

    0)(

    0)( 22 ===

    =p

    plx

    lx dx

    xduxu

    Se integreaz:

    12 )( Cxqpdx

    xdu p +=

    rezult:

    pplqpC =1 adic:

    ( )pp

    lxqp

    dx

    xdu+=

    )(2

    Se integreaz:

    ( ) 22

    22

    1)( Clx

    qpxu p

    p ++=

    rezult: 02 =C i:

    ( )21 21)( pp lxqpxu +=

    Zona 1

    cu condiiile la limit:

    nqn

    dx

    xud=

    21

    2 )(

    0)(

    )( 101 ===

    =n

    nlx

    lx dx

    xduUxu

    Se integreaz:

    31 )( Cx

    qn

    dx

    xdu n +=

    rezult:

    nnlqnC =3 adic:

    ( )nn lx

    qn

    dx

    xdu=

    )(1

    Se integreaz:

    ( ) 42

    12

    1)( Clx

    qnxu n

    n +=

    rezult: 04 UC = i:

    ( )2022

    1)( n

    n lxqn

    Uxu =

    Racordarea soluiilor:

    1) pentru: rezult:)0()0(0 21 uux ==

    ( )222202

    1

    2

    1

    2

    1ppnnn

    np

    plpln

    ql

    qnl

    qpU +=+=

    2) pentru:

    0

    2

    0

    1 )()(0

    ==

    ==xx dx

    xdu

    dx

    xdux rezult:

    4

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    16/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie 2003

    nn

    p

    pl

    qnl

    qp

    = de unde: ppnn lpln = sau:

    p

    n

    n

    p

    p

    n

    l

    l=

    Deoarece: , rezult imediat:pn lll +=

    lnp

    plnp

    p

    n+

    = i: lnp

    nlnp

    np

    += Se nlocuiesc:

    ( ) ( )

    ++

    +=

    2

    22

    2

    22

    02

    1

    pn

    np

    pn

    p

    npn

    nlp

    pn

    pln

    qU

    De aici se deduce lungimea zonei de trecere:

    np

    np

    np

    np

    q

    Ul

    += 0

    2

    Observaii:

    - lungimea de trecere este mic dac zonele sunt dopate puternic;

    - regiunea de trecere se extinde mai mult n zona mai puin dopat cu

    impuriti.

    Deducerea nlimii barierei de potenial

    varianta 1:

    La echilibru termic:

    0

    0

    =+=

    ==

    dx

    dnqDEqnj

    dx

    dpqDEqpj

    nnn

    ppp

    Se deduc:

    dx

    dn

    nq

    kTE

    dx

    dp

    pq

    kT

    dx

    dp

    p

    DE

    p

    p 111 ===

    Dar:

    dx

    duE = i, prin artificiu elementar:

    n

    dn

    q

    kT

    p

    dp

    q

    kTdu == Se integreaz:

    cc n

    xn

    q

    kT

    p

    xp

    q

    kTxu

    )(ln

    )(ln)( ==

    constante de integrarecc np ,Se expliciteaz concentraiile de purttori:

    5

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    17/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie 2003

    kT

    xqu

    ckT

    xqu

    c enxnepxp

    )()(

    )()( ==

    Condiii la limit:

    pcpcpp nnppnnppux ===== ;;0

    kT

    qU

    pnkT

    qU

    pn

    nn

    ennepp

    nnppUux

    00

    ;0

    ==

    ===

    Din ambele relaii rezult:

    220lnlnlnln

    i

    da

    i

    np

    n

    p

    p

    n

    n

    NN

    q

    kT

    n

    np

    q

    kT

    p

    p

    q

    kT

    n

    n

    q

    kTU ====

    Pentru valori tipice ale concentraiilor de impuriti, rezult valori de ordinul

    zecimi de V:VUcmncmNcmN ida 777,0/10;/10;/10 0

    6202318315 ====

    varianta 2:

    Se folosete structura de benzi energetice ale semiconductorului:

    Se constat:q

    UqU 120012 ;

    =+= Dar:

    kT

    W

    pppkT

    W

    pnn eplpeplp21

    )(;)(

    ====

    kT

    qU

    pkT

    pkT

    W

    pkT

    W

    pn epepeep0121221

    +

    ====

    kTn

    kTkTn

    kTn

    kTnpp eneeeenln

    121211212

    )(

    +

    =====

    Se obin imediat relaii identice cu acelea obinute prin metodaanterioar.

    6

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    18/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie

    3. Jonciunea pn cu tensiune aplicat

    a) regim de echilibru termodinamic:

    W

    difuzie goluri

    difuzie e lec tronicamp go luric a m p ele c troni

    wq v

    dndw

    q v0

    - 4 componente ale curentului

    - numrul de purttori care difuzeaz (purttori care nving bariera de

    potenial) depinde de 0U ;

    0=+= nmnMpmpMD iiiii

    b) se aplic tensiune invers:

    Wwq v0

    dndw

    difuzie goluri

    difuzie e lec tronicamp goluric a m p ele c troni

    -q(v -u )0 D

    Wq(v -u )0 D

    Fizic: la polarizare invers, nu exist difuzie de purttori, dar n imediata

    vecintate a regiunii de trecere apare o generare termic de perechi de

    purttori care sunt antrenai de cmpul electric; astfel, curentul inverseste

    un curent de generare.

    0

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    19/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie

    c) se aplica tensiune direct:

    difuzie goluri

    difuzie electronicamp goluric a m p ele c troni

    -

    wq v0

    dndw

    q(v -u )0 D

    WW

    q(v -u )0 D

    Fizic: la polarizare direct, n imediata vecintate a regiunii de trecere, n

    zona N, va fi un exces de goluri, dar care nu triesc mai mult de p i nu

    ptrund mai mult de . La fel pentru electronii din zona P. Apare o

    recombinare puternic n ambele zone i se obine curentul direct care este

    un curent de recombinare.

    pL

    0>+= nmnMpmpMD iiiii desene

    Concluzie: curentul prin jonciune depinde de tensiunea de la bornele

    jonciunii. Intereseaz o expresie de forma:

    [ ]1)(1 =

    = Dpm

    pm

    pM

    pmpmpM ufii

    iiii

    cu condiia: 1)0( =f La fel i pentru electroni.

    Rezult curentul prin jonciune de forma:

    [ ] [ ] [ ]1)(1)(1)(0

    =+=DDnmDpmD

    ufIufiufii

    nmi

    pmiI +=

    0

    0I curent de saturaie

    8

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    20/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie

    Deducerea caracteristicii curent-tensiune

    aproximaii pentru calcul:

    - jonciunea este dintr-un semiconductor monocristalin cu ;in- fluxuri unidimensionale de purttori;

    - regiunea de trecere complet golit de purttori;

    - n regiunea de trecere nu au loc fenomene de generare-recombinare;

    - lungimile de difuzie sunt mai mici dect lungimile zonelor neutre

    (diod groas);

    - jonciune abrupt;

    - se neglijeaz rezistenele zonelor neutre;

    - se neglijeaz efectele de suprafa;

    - se consider temperaturi ambiante; impuritile sunt ionizatecomplet.

    Densitatea curentului electric este aceeai n orice seciune:

    curent de electroni

    curent de goluri

    * pentru

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    21/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie

    Lungimea regiunii de trecere se obine dac:D

    uUU 00

    , adic:

    0

    0

    '

    0 12

    U

    ul

    np

    np

    q

    Ul D

    np

    np =+

    =

    - polarizare direct: 0ll < ;

    - polarizare invers; .0

    ll >La limitele zonei de trecere concentraiile de purttori vor fi:

    kT

    Dqu

    n

    kT

    Dqu

    kT

    qU

    p

    kT

    qU

    pnepeepeplp ===

    0'0

    )(

    kT

    Dqu

    pkT

    Dqu

    kT

    qU

    nkT

    qU

    np eneenenln === 0

    '0

    )(

    - condiii la limit de tip Shockley

    - injecie de purttori

    Densitatea de curent va fi:

    pnDjjj +=

    difpcampppdifncampnn

    jjjjjj +=+=

    n semiconductorul P, np >> :

    dx

    dnqDEqpEqn

    dx

    dnqDEqpj

    npppnnppD+++=

    (curent de cmp de goluri + curent de difuzie de electroni + curent de

    cmp de goluri neglijabil);

    La fel, n semiconductorul N, pn >> :

    dx

    dp

    qDEqnj pnnD

    Continuitate n regiunea de trecere:

    plxpp

    plx

    nDEqp

    dx

    dnqDj

    ==

    +=

    10

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    22/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie

    nlxnn

    nlx

    pDEqn

    dx

    dpqDj

    ==

    +=

    Dar:nlx

    pplxpp dx

    dp

    qDEqp=

    = = Rezult:

    plx

    n

    nlx

    pDdx

    dnqD

    dx

    dpqDj

    ==

    +=

    Ecuaia de continuitate, n regim staionar i pentru flux unidimensional

    de purttori:

    01

    0 =

    =

    dx

    dj

    q

    pp

    t

    p p

    p

    cu

    dx

    dpqDxj

    pp

    =)(

    Rezult:

    01

    0 =

    dx

    dpqD

    dx

    d

    q

    ppp

    p

    cu )(xpp = si:

    0)()(

    22

    2

    =

    p

    n

    L

    pxp

    dx

    xpd

    Soluia:pL

    x

    pL

    x

    nBeAepxp ++=

    )( cu condiia la limit:

    0)( = Bpxpxn

    Deci:

    pL

    x

    nAepxp

    +=)(

    Condiia la limit Shockley:kT

    Dqu

    nnneplplx == )( ;

    Rezult:pL

    nl

    kT

    Dqu

    neepA )1( = ;

    Deci:pL

    nlx

    kT

    Dqu

    nneeppxp

    += )1()( .

    11

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    23/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie

    Pentru:nD

    pxpu == )(0 (echilibru termodinamic)

    Pentru: apare concentraia n exces care dispare dup .0>D

    up

    Lx >

    Se calculeaz curentul de goluri:

    )1()1

    )(1(

    )(

    ==

    ==

    =

    =

    kT

    Dqu

    p

    np

    nlx

    pL

    nlx

    p

    kT

    Dqu

    np

    nlx

    pnp

    eL

    pqDe

    LepqD

    dx

    dpqDlj

    Analog: )1()( = kTDqu

    n

    pn

    pne

    L

    nqDlj

    Rezult: )1()1( += kTDqu

    n

    pnkT

    Dqu

    p

    np

    De

    L

    nqDe

    L

    pqDj

    DA fiind aria transversal a jonciunii:

    DDAji =

    )1(

    += kT

    Dqu

    n

    pn

    p

    np

    De

    L

    nqD

    L

    pqDAi

    )1(0

    = kTDqu

    DeIi cu :

    +=

    n

    pn

    p

    np

    L

    nqD

    L

    pqDAI

    0

    (curentul de saturaie)

    Reprezentarea grafic:

    12

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    24/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie

    - pentru )26(0 mVq

    kT

    q

    kTuu

    DD=>>> la temperatura

    ambiant, rezult:kT

    Dqu

    DeIi

    0= ;

    - pentru q

    kT

    uu DD >>< 0 , rezult:0IiD =

    Semnificaia curentului de saturaie:0

    I

    2

    22

    0

    11i

    an

    n

    dp

    p

    a

    i

    n

    n

    d

    i

    p

    p

    n

    pn

    p

    np

    nNL

    qD

    NL

    qD

    A

    N

    n

    L

    qD

    N

    n

    L

    qDA

    L

    nqD

    L

    pqDAI

    +=

    =

    +=

    +=

    Deoarece:kT

    W

    ieTctn

    = 32 . , rezult: kTW

    eTctI

    = 30

    .

    Concluzii:

    - se dubleaz la fiecare0

    I C010 pentru Ge i la C06 pentru Si.

    - este mult mai mic la Si dect la Ge (circa 3 ordine de mrime).0

    I

    13

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    25/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie

    4. Abateri de la caracteristica ideal

    - caracteristica ideal:

    = 10

    kT

    qu

    D

    D

    eIi

    - caracteristica unei diode reale:

    * zona I zona caracteristicii ideale

    * zona II zona curenilor mari - conteaz rezistenele zonelor neutre

    apare o tendin de liniarizare a caracteristicii

    * zona III zona curenilor direci de valoare mic nu se mai pot neglija

    fenomenele de generare-recombinare din regiunea de trecere (care crete); se

    obine o caracteristic de tipul kTquD

    e 2 ; mai corect, kTquD

    e cu valori pentru

    de circa 1,2 (pentru Ge) i, respectiv de 1 - 1.5 (pentru Si)

    * zona IV zona tensiunilor inverse mici (normale); curentul invers are mai

    multe componente:

    - curentul de saturaie al jonciunii (constant);

    - curentul de generare din regiunea de trecere (crete odat cu

    creterea valorii inverse a tensiunii aplicate);

    - curentul de pierderi la suprafa (dependent de tensiunea aplicat)

    Ponderile acestor componente sunt diferite n funcie de material.* zona V zona tensiunilor inverse mari, n care curentul invers crete

    nelimitat (poate fi limitat numai de circuitul exterior). Sunt 2 fenomene:

    - fenomen Zener smulgerea de purttori din reea prin cmp electric;

    - fenomen de multiplicare n avalan producere de purttori prin

    generare sau prin cmp electric, accelerarea acestora, ciocnirea cu reeaua i

    smulgerea altor purttori.

    15

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    26/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie

    0MIiinvers = coeficient de multiplicare n avalan:

    m

    str

    D

    U

    uM

    =

    1

    1

    strU tensiune de strpungere dependent de concentraiile de impuriti;

    m exponent dependent de material: 3 pentru Ge tip P+N, 4-7 pentru Getip PN+, Si.

    Aproximarea caracteristicilor:

    - dioda ideala

    - dioda idealizat, cu tensiune de prag, cu valori de 0,2-0,3V

    pentru Ge i 0,6V pentru Si (la cureni relativ mici)DU

    - dioda idealizat cu tensiune de prag i cu rezisten serie

    - curentul invers se neglijeaz, practic, ntotdeauna; eventual se ine

    seama de rezistena de pierderi, de valoare foarte mare.

    16

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    27/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie

    4. Regimul dinamic al jonciunii pn

    Circuit de polarizare:

    Determinarea PSF: ( )DD IU ,Ecuaii: dreapta de funcionarestatic PSFDD uRiE +=

    ( DDD uii = ) ( )DD UIM , Regimul dinamic se aplic peste regimul de curent continuu. Punctul

    de funcionare se deplaseaz n jurul PSF iar pentru semnale variabilesuficient de mici, comportarea diodei poate fi considerat liniar.

    Este necesar un model (o schema echivalent) valabil pentru regimuldinamic i anume pentru determinarea curentului prin circuit i a tensiunii labornele diodei.

    a) la frecvene joase se pot neglija fenomenele reactive i modelulva fi caracterizat printr-orezisten dinamic.

    Fie: componente PSF i componente variabile;

    +=

    +=

    dDD

    dDD

    iIi

    uUu

    17

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    28/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie

    ( )

    kT

    qU

    dkT

    qU

    dkT

    qU

    kT

    qu

    kT

    qU

    kT

    uUq

    kT

    qu

    D

    DDD

    dDdDD

    ekTquIeI

    kTqueI

    eeIeIeIi

    000

    000

    111

    111

    +

    =

    +=

    =

    =

    =

    =

    +

    Rezult: kTqU

    dd

    D

    ekT

    quIi 0=

    rezistena dinamic:)(

    1

    00

    IIq

    kT

    eIq

    kT

    i

    ur

    DkT

    qUd

    dd

    D +===

    La polarizare direct: Vq

    kT

    UU DD 026,0,0 =>>>

    D

    T

    DD

    dI

    v

    qI

    kT

    IIq

    kTr =

    +=

    )( 0

    [ ][ ][ ]mAmV

    II

    vr

    DD

    Td === ;

    26

    La polarizare invers: q

    kT

    UU DD>>>

    nn

    i

    p

    i

    p

    npda

    pn

    n

    p

    n

    n

    npNN

    22

    2 ;;

    Dpd

    kT

    qU

    p

    p

    p

    pnkT

    qU

    pnpdd

    IkT

    qC

    eD

    L

    L

    DqAp

    kT

    qe

    kT

    LpAqCC

    DD

    =

    == ;22

    Capacitatea de difuzie este proporional cu curentul direct prin diod.Capacitatea de difuzie este mai important dect capacitatea de barier n

    conducie directi este neglijabil la polarizarea invers a diodei.

    Circuitul echivalent la semnale mici al diodei va fi:

    20

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    31/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie

    Modele simplificate:- la frecven joas:

    - la blocare:

    - la conducie cu tensiuni directe mici

    21

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    32/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie

    6. Variante constructive de diode semiconductoare

    Se pot realiza i diode Schottky, cu funcii asemntoare diodelor realizatecu jonciuni pn.

    Diodele Schottky se realizeaz prin contact metal-semiconductor de

    tip redresor, de obicei Al cu SiN slab dopat cu impuriti (< )317/10 cm

    - la contact se formeaz o barier de potenial i o regiune de sarcinspaial extins numai n semiconductor. Rezult c dioda Schottkyfuncioneaz numai cu purttori majoritari.

    - la echilibru termodinamic curentul prin diod este nul princompensarea celor dou componente de electroni ce depesc cele doubariere de potenial, si .B 0U

    - la polarizare direct ( ) bariera semiconductor-metal se

    micoreazi crete numrul de electroni ce trec din semiconductor n metal;apare curent direct care ascult de relaia:

    0>Du

    1,10

    = cueIi kT

    Dqu

    D

    - la polarizare invers ( 0

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    33/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie

    1. Diode de semnal mic diverse utilizriparametri: - curentul maxim direct admisibil 50 - 100 mA

    - tensiunea invers maxim admisibil 20 100 V- putere disipat maxim admisibil 150 mW

    2. Diode redresoare utilizare n conversia cacc pentru frecvene depn la 400 Hz

    - curentul maxim direct admisibil - 10 mA 100 A- tensiunea invers maxim admisibil 10 1000 V- putere disipat maxim admisibil 0,1 100 W

    (se pot utiliza i sub forma de puni redresoare)3. Diode de detecie demodularea semnalelor, funcioneaz lafrecvene mari i foarte mari, dar la puteri mici. Pot fi diode cu jonciunisau diode Schottky.

    4. Diode varicap cu utilizare n circuite acordate, oscilatoare, filtre, lacare se folosete dependena capacitii de barier a diodei de tensiuneainvers aplicat; capacitatea de barier este proporional cu aria

    jonciunii:m

    D

    bb

    U

    U

    CC

    =

    0

    0

    1

    5. Diode de comutaie utilizate n circuite de comutaie; parametriiprincipali i reprezint timpii de comutaie directi invers; de obicei,

    parametrii referitori la mrimile maxim admisibile nu sunt limitativi.6. Diode Zener se bazeaz pe fenomenul de multiplicare n avalan.tensiunea stabilizat este cuprins ntre 3V i 100V iar curentul prindiod este de ordinul a 10 - 100 mA, n funcie de puterea diodei.

    7. Diode Tunel (Esaki) sunt de tipul P+N+ la care surplusul de purttoritrece peste bariera de purttori prin efect tunel; are caracteristica curezisten negativ i se folosete n circuite care funcioneaz lafrecvene mari sau n circuite de comutaie.

    23

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    34/232

    Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie

    iD

    uD

    8. Fotodiode (fotoelemente) sunt diode cu jonciuni sau de tip Schottkyla care radiaiile luminoase pot ptrunde prin capsuli sunt absorbite dematerialul semiconductor ca urmare se intensific procesul de generarede perechi electron-gol i se modific curentul de saturaie al diodei. Sefolosete numai cu polarizare invers.

    9. Diode electroluminiscente (LED) sunt realizate din jonciuni de tipulGaAs, semiconductor cu banda interzis de circa 1,6 -1,7 eV. n urmarecombinrilor directe, se emit cuante de lumin n spectrul vizibil, cudiferite culori. Funcioneaz numai la polarizare direct.10. Diode generatoare i amplificatoare de microunde (IMPATT,TRAPATT, BARIT) funcioneaz dup alte principii fizice.

    24

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    35/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar

    1. Introducere2. Procese fizice3. Ecuaii de funcionare4. Caracteristicile statice ale TBIP5. Modelul Early6. Circuitul echivalent Giacoletto7. Parametrii de cuadripol ai TBIP

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    36/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie

    1.IntroducereSemiconductor eterogen dotat cu impuriti astfel nct se formeaz

    dou jonciuni pn:

    p n p n p n

    - regiunea din mijloc foarte ngust pLd

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    37/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie

    2

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    38/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie

    2.Procese fizice

    Tranzistorul este de tip P+NP+, funcionnd n RAN.

    Fenomene fizice:

    a) jonciunea EB este polarizat direct: golurile din emitor trec n

    baz, dar , puine goluri se recombin, cele mai multe ajung la

    colector; acesta este polarizat invers, este un cmp electric puternic care

    favorizeaz trecerea golurilor n colector.

    pLd

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    39/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie

    Concluzii: tensiunea mic de pe jonciunea EB impune cureni de

    colector a cror valoare nu depinde, practic, de tensiunea de pe jonciunea

    CB; dispozitivul se comport la ieire ca o surs de curent mrime de

    ieire (curent) comandat de o mrime de intrare (tensiune) tranfer

    resistor transistor.

    2 4

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    40/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie

    3. Ecuaii de funcionare

    Ipoteze simplificatoare

    - model unidimensional;

    - concentraii constante de impuriti;- grosimile zonelor neutre ale E i C >> lungimile de difuzie;

    - nivele mici de injecie (conc. purttori injectai >

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    41/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie

    xqD

    jpxp

    p

    p )0()0()( = (variaie liniar);

    Se calculeaz: wqD

    jpwp

    p

    p )0()0()( = i rezult:

    [ ])()0()0( wppw

    qDj

    p

    p = sau:

    = kTCqu

    kTEqu

    np

    p eew

    pqDj )0(

    Pentru RAN:q

    kTuu CC >>< ,0

    kT

    Equ

    np

    p ew

    pqDj =)0(

    Semnificaia lui :w

    ( )

    '

    ''02

    pn

    pnC

    pn

    pn

    q

    uUdldw

    +=

    Se observ c dac wuC efect de modulaie a grosimii bazei

    (ceea ce duce la ideea de reacie intern n tranzistor).

    Etapa II:Se calculeaz curentul de recombinare pornind de la ecuaia de

    continuitate, n regim staionar:

    0)(1

    =

    =

    dx

    xdj

    q

    pp

    t

    p p

    p

    n

    sau:

    [ ] 0)(

    )( =+dx

    xdjpxp

    q pn

    pSe integreaz pe toat lungimea bazei:

    [ ] 0)()(00

    =+ w

    p

    w

    n

    p

    xdjdxpxpq

    Dar:

    6

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    42/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie

    Rezult:rpp

    w

    p jjwjxdj == )0()()(0

    [ ]

    [ ] ==

    =

    ==

    2

    00

    )0(

    2

    1)0(

    )0()0()(

    wqD

    jqwpp

    q

    dxxqD

    jpp

    qdxpxp

    qj

    p

    p

    p

    n

    p

    w

    p

    p

    n

    p

    w

    n

    p

    r

    =

    kT

    Cqu

    kT

    Equ

    np

    p

    nkT

    Equ

    n

    p

    eew

    pqD

    qD

    wpep

    qw

    2

    1

    += kT

    Cqu

    kT

    Equ

    kT

    Equ

    p

    n

    eee

    qwp

    2

    1

    2

    1

    1 Rezult:

    += 2

    2kT

    Cqu

    kT

    Equ

    p

    nr ee

    wqpj

    Pentru RAN: kTEqu

    p

    nr e

    D

    wqpj

    2 .

    Etapa III:

    - curentul local de electroni la jonciunea emitor-baz:

    = 1)0( kT

    Equ

    n

    pn

    n eL

    nqDj

    Etapa IV:

    - curentul propriu la jonciunea colector-baz (ca la o jonciune PN

    polarizat invers, dar cu zona P subirew):

    += 1

    '

    ''

    kT

    qu

    n

    pnnp

    co

    C

    e

    L

    nqD

    w

    pqDj (colectorul este dopat

    diferit cu impuriti n comparaie cu emitorul);

    +=

    '

    ''

    n

    pnnp

    coL

    nqD

    w

    pqDj pentru RAN

    (pentru s-a luat semnul corelat cu semnul curentului de colector).coj

    7

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    43/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie

    DacA este aria seciunilor transversale ale jonciunilor, curenii vorfi:

    (0) (0) E p ni A j j = +

    ( ) (0)C p co p r i A j w j A j j j = + = + co

    C [ ](0) B n r co E i A j j j i i= + =Determinarea parametrilor tranzistorului:

    a) factorul de injecie al emitorului (eficiena emitorului):

    np

    pn

    n

    kT

    Cqu

    kT

    Equ

    np

    kT

    Equ

    n

    pn

    p

    nnp

    p

    E

    p

    pD

    nD

    L

    w

    eew

    pqD

    eL

    nqD

    j

    jjj

    j

    i

    i

    +

    +

    =

    =+

    =+

    ==

    1

    1

    1

    1

    1

    )0(

    )0(1

    1

    )0()0(

    )0()0(

    Dar:

    p

    p

    ippp

    nn

    i

    nnn

    DkT

    q

    n

    nqqp

    DkT

    q

    p

    n

    qqn

    2

    2

    ==

    ==

    p

    n

    np

    pn

    pD

    nD

    =

    Rezult:

    p

    n

    nL

    w

    +=

    1

    1 1

    - baza mai slab dopat dect emitorul, pn

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    44/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie

    kT

    Cqu

    kT

    Equ

    kTC

    qu

    kTEqu

    pkT

    Cqu

    kT

    Equ

    np

    kT

    Cqu

    kT

    Equ

    p

    n

    p

    r

    p

    rp

    p

    p

    p

    p

    t

    ee

    ee

    L

    w

    eew

    pqD

    ee

    wqp

    j

    j

    j

    jj

    j

    wj

    i

    wi

    +

    =

    +=

    ==

    ===

    2

    2

    11

    221

    )0(1

    )0(

    )0(

    )0(

    )(

    )0(

    )(

    2

    Rezult, pentru RAN:

    2

    2

    11

    p

    tL

    w 1 pLw

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    45/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar

    4. Caracteristicile statice ale TBIP

    a) caracteristicile statice (n general)

    * caracteristica de transfer o mrime de ieire n funcie de o

    mrime de intrare: - sau cu parametru sau)(0 ivv )( io vi ii

    - )( sau cu parametru ;0 iiv )( io ii iv

    * caracteristica de ieire o mrime de ieire n funcie de cealalt

    mrime de ieire cu parametru o mrime de intrare:

    - )( cu parametru sau sauoo vi ii iv

    - )( cu parametru sau ;oo iv ov ii

    * caracteristica de intrare o mrime de intrare n funcie de cealalt

    mrime de intrare cu parametru o mrime de ieire:

    - )( cu parametru sau ;ii vi ov oi

    - )( cu parametru sau .ii iv ov oi

    b) caracteristicile statice ale TBIP n conexiunea BC

    b1) caracteristica de ieire.

    )(ctiCCC E

    uii=

    =

    Relaii: coEoC iii +=

    10

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    46/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar

    += 1

    '

    ''

    kT

    qu

    n

    pnnp

    co

    C

    eL

    nqD

    w

    pqDAi

    +

    2

    0211

    11

    p

    p

    n

    n

    Lw

    L

    w

    - pentru ,0=Ei

    = 1kT

    qu

    coC

    C

    eii :

    - pentru 0=Cu , 0=Ci

    - pentru 0

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    47/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar

    Observaii:- caracteristici aproape orizontale, abaterea provenind de la variaia lui

    i a luicoi 0 cu tensiunea prin intermediul lui ;Cu w

    - caracteristici aproape echidistante la creteri egale ale curentului de

    emitor provenind de la variaia lui 0 cu curentul de emitor (colector);- anularea curentului de colector se face pentru tensiuni de colector

    pozitive, mici i foarte apropiate ca valoare pentru diferite valori ale

    curentului de emitor.

    Regimuri de funcionare:

    - regiunea de blocare (tiere), pentru 0Ei ;- regiunea activ normal;

    - regiunea de saturaie.

    b2) caracteristica de ieire .)( ctuCCC Euii ==

    Relaii:

    cokT

    qu

    cokT

    qu

    np

    coEoC iew

    ctiew

    pqDAiii

    EE

    +=+=+= 00 .

    Observaii:

    - caracteristicile nu sunt echidistante;

    - panta caracteristicilor este mai mare (w apare i explicit la numitor iel scade cnd tensiunea de colector crete n modul);

    - anularea curentului se face tot pentru valori pozitive ale lui .Cu

    .)(

    ctuEEE Cui

    =i = b3) caracteristica de intrare

    Relaii:

    kT

    qu

    npkT

    qu

    kT

    qu

    np

    E

    ECE

    ew

    pqDAee

    w

    pqDAi

    = (pentru RAN)

    12

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    48/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar

    Observaii:

    - caracteristica exponenial;

    - pentru , caracteristica trece prin origine;0=Cu

    - influena lui este mic, prin intermediul lui w;Cu

    b4) caracteristica de transfer )( ECC iii = sau )( ECC uii =

    Relaii:

    coEoC iii +=

    Observaii:- practic, paralel cu prima bisectoare;

    - la cureni mari, 0 scade.

    b5) influena temperaturii asupra caracteristicilor statice:

    13

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    49/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar

    Observaii:

    - caracteristicile se deplaseaz ctre stnga sus, PSF se apropie de

    zona de saturaie.

    b6) aproximarea caracteristicilor (model n curent continuu)

    Desen - vezi verso dou desene

    Observaii:- la intrare, tranzistorul poate fi modelat n cea mai simpl form cu o

    tensiune de prag, , cu valori tipice de 0,2 V pentru Ge i 0,6 V pentru Si;

    curentul de emitor este stabilit de circuitul exterior;DV

    - n colector, tranzistorul este modelat printr-un generator de curent

    comandat de curentul din emitor; de cele mai multe ori se folosete

    egalitatea , care presupune c pentru factorul de curentEC

    ii 0

    se ia

    valoarea 1.

    c) caracteristicile statice ale TBIP n conexiunea EC

    c1) caracteristica de ieire.

    )'(ctiCCC B

    uii=

    =

    Relaii:

    coEoC iii +=

    BCE iii +=

    Se elimin i rezult:Ei

    14

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    50/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar

    15

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    51/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar

    ceoBC iii += 0 cu0

    00

    1

    = (factorul de curent al

    tranzistorului n conexiune EC) i

    01

    = coceoi

    i .

    Observaii:

    - caracteristicile au panta mai mare deoarece 0 depinde mai puternic

    de prin intermediul lui :ECc uuu ='

    w

    p

    n

    npp

    n

    np

    p

    n

    np

    L

    w

    L

    w

    L

    w

    L

    w

    L

    w

    L

    w

    +

    =22

    2

    0

    00

    2

    1

    1

    2

    1

    11

    2

    11

    1

    - caracteristicile trec printr-un punct foarte apropiat de origine;

    - caracteristicile nu sunt echidistante deoarece dependena de curentul

    de colector a factorului de curent n conexiune EC este mai mare dect n

    cazul conexiunii BC.

    c2) caracteristica de ieire.'

    )'(ctuCCC B

    uii=

    =

    Relaii:

    cokT

    qunp

    cokT

    qunp

    coEC iew

    pqDAie

    w

    pqDAiii

    BE

    +=+=+=

    '

    000

    BCECc uuuuu '' +==

    16

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    52/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar

    .')'('

    ctuBBB Cui

    =i = c3) caracteristica de intrare

    Relaii:

    ( ) coEcoEECEB iiiiiiii === 00 1

    p

    n

    np L

    w

    L

    w

    +

    =

    2

    0 2

    11 (puternic influenat de )

    C

    u'

    Observaii:

    - carateristicile nu trec prin origine;

    - tensiunea are o influen mic.Cu'

    c4) caracteristica de transfer )( BCC iii = , parametru ;Cu'Relaii:

    coBC iii += 0

    17

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    53/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar

    Observaii:

    - influen mai mare a tensiunii de colector prin intermediul lui

    care determin o variaie mai puternic a lui

    w

    0 .

    c5) Dependena de temperatur a caracteristicilor statice

    c6) Valori uzuale pentru 0 o(0.95 - 0.995) i (20 -300);c7) Aproximarea caracteristicilor statice:

    - la intrare, tranzistorul poate fi modelat n cea mai simpl form cu o

    tensiune de prag, , cu valori tipice de 0,2 V pentru Ge i 0,6 V pentru

    Si; curentul de baz este stabilit de circuitul exterior;

    BEV

    - n colector, tranzistorul este modelat printr-un generator de curent

    comandat de curentul din baz; de cele mai multe ori se folosete egalitatea

    , care presupune c relaia pentru curentul de colector devine:EC ii

    BC

    ii0

    = prin neglijarea curentului rezidual, .co

    i

    18

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    54/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie

    5. Modelul Early

    Tranzistorul este utilizat pentru prelucrarea semnalelor variabile.Semnalele variabile se aplic n serie cu tensiunile de polarizare - ca

    urmare, se vor modifica curenii, deci i tensiunile pe rezistena de sarcin.n cazul general, semnalul variabil se suprapune peste regimul decurent continuu.

    Tranzistorul element neliniar adic relaiile dintre tensiuni icureni sunt neliniare. Liniarizarea se poate face n condiii de semnal mic.

    Definiie:factor de amplificare n curent:01

    2

    2 =

    ui

    i

    - pentru conexiunea BC:

    .ctuE

    C

    Ci

    i

    =

    =

    - pentru conexiunea EC:.'

    'ctuB

    C

    Ci

    i

    =

    =

    - pentru conexiunea CC:.''

    ''ctuB

    E

    Ci

    i

    =

    =

    Conexiunea BC:

    18

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    55/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie

    Relaii:

    coEC iii += 0 rezult, prin derivare:

    +=

    +=

    === ..

    00

    .

    00

    ctuE

    E

    ctuE

    E

    ctuE

    E

    E

    C

    CCC

    di

    du

    du

    didi

    didi

    di

    Deoarece: kTqu

    np

    E

    E

    ew

    pqDAi = , E

    PSFE

    E IkT

    q

    du

    di=

    deci:

    .

    00

    .

    00

    1

    ctuEEctuE

    E

    CCdu

    d

    q

    kT

    Iq

    kT

    du

    dI

    ==

    +=+=

    Deoarece n RAN depinde puin de (prin W), rezult:0

    E

    u0

    .

    Dependena 0 de PSF:

    variaia lui 0 cu curentul de colector (emitor) determinat de:- generarea de purttori electroni-goluri din zona de trecere ( );

    - efecte la nivel mare de injecie ( t ).

    Conexiunea EC:

    Relaii: =

    =

    = .'

    'ctuB

    C

    Ci

    i

    19

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    56/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie

    ==+=+=

    1ECBCEBCEiiiiiiii

    Factor de amplificare n regim variabil n conexiunea EC: eh21= .Variaia lui cu curentul de emitor (colector) este mult mai puternic

    dect n cazul conexiunii BC.

    Conexiunea CC: nu prezint elemente importante din punct de vedere alregimului static de funcionare; referirile se fac la conexiunea EC.

    Modelul Early:

    Condiii: semnale variabile mici;regim staionar.

    a)circuitul de intrare),( CEEE uuii =

    Se difereniaz n jurul unui PSF, ( )CECE IIUUM ,,,

    C

    MC

    EE

    ME

    EE u

    u

    iu

    u

    ii

    +

    =

    K

    uiru

    u

    i

    u

    ii

    u

    iu C

    EenC

    MC

    E

    ME

    EE

    mE

    EE

    +=

    +

    =11

    Se deseneaz sub forma unui circuit electric:

    20

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    57/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie

    Observaii:- : rezistena naturala emitorului:enr

    kT

    qu

    npE

    E

    ew

    pqDAi = (pentru RAN: ,0> )

    E

    M

    kT

    qu

    np

    E

    E IkT

    qe

    kT

    q

    w

    pqDA

    u

    i E==

    Rezult:

    EE

    ME

    E

    enIIq

    kT

    u

    ir

    026,011==

    = (valoare mic)

    - K: coeficientul de modulaie a grosimii bazei:

    MC

    E

    MC

    kT

    qu

    np

    MC

    E

    u

    w

    wI

    u

    w

    wepAqD

    u

    iE

    =

    =

    112

    MC

    E

    MC

    E

    MC

    E

    ME

    E

    u

    w

    wq

    kTI

    u

    w

    w

    kT

    qI

    u

    i

    u

    i

    K

    =

    =

    =1

    1

    1

    (reprezint influena ieirii asupra intrrii prin intermediul grosimii efectivea bazei reacia intern n tranzistor).

    ( )'0

    '0'

    ''0 1

    2

    U

    uld

    pn

    pn

    q

    uUdw C

    pn

    pnC =+

    '0

    '0

    '0

    1

    1

    2

    U

    UU

    l

    u

    w

    CMC

    =

    Valori tipice pentru K: 53 1010 .b)circuitul de ieire

    Relaia:)(),( 0000 CcECEcEC uiiuiiii +=+=

    21

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    58/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie

    Se difereniaz:

    C

    MC

    c

    C

    MC

    EE

    ME

    EEC uu

    iu

    uii

    iiii

    +

    +

    += 0000

    C

    MC

    c

    MC

    EE

    ME

    EC uu

    i

    uii

    iii

    +

    +

    += 0000

    Se poate scrie sub forma:

    CcnEC ugii = Se deseneaz sub forma unui circuit electric:

    Observaii:- factor de amplificare n curent n conexiunea BC

    - conductana natural a emitorului dependena de PSF:cng

    22

    0 2

    11

    2

    11

    =

    pp

    n

    np L

    w

    L

    w

    L

    w

    ( )CCpCppC u

    w

    wu

    w

    wL

    w

    u

    w

    L

    w

    Lu

    =

    =

    =

    112

    1

    2

    12

    12

    2

    10

    2

    0

    ( )MC

    Ec

    MC

    E

    MC

    ccn

    u

    w

    wIg

    ui

    u

    ig

    +=

    +

    =

    112 00

    00

    22

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    59/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie

    ( )( )

    en

    c

    MC

    EccnKr

    gkT

    q

    q

    kT

    u

    w

    wIgg 0000

    12112

    +=

    +=

    Se obin valori mici pentru conductana natural a emitorului -

    S76

    1010

    - ceea ce confer TBIP caracterul de generator de curent i nregim dinamic.Pentru semnale rapid variabile, intervin elementele capacitive:

    Se adaugi rezistena distribuit a bazei, 'bbx rr = :

    Pentru circuitul Early elementele de circuit depind i de frecven, ceea facedificil utilizarea lui.

    Capacitile tranzistorului

    La jonciunea emitor-baz polarizat direct capacitatea de difuzieeste mai important dect capacitatea de barier; la jonciunea colector baz polarizat direct conteaz ambele componente, mai important fiind,totui, capacitatea de barier.

    bcdccbedee CCCCCC +=+= Capacitile de barier ca la jonciunea PN:

    23

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    60/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie

    0

    0

    1U

    U

    CC

    E

    bebe

    =

    '0

    0

    1U

    U

    CC

    C

    bcbc

    =

    Capacitatea de difuzie este determinat de variaia sarcinii purttorilormobili de sarcin din baz la variaii ale tensiunii emitor baz respectivcolector-baz.

    - condiii la limit de tip Shockley:

    kT

    qu

    nkT

    qu

    n

    CE

    epwpepp == )(;)0( Cantitatea total de sarcin:

    kT

    qu

    nkT

    qu

    kT

    qu

    n

    ww

    dd

    ECE

    eqAwpeeqAwp

    wppqAwdxxqApdQQ

    2

    1

    2

    12

    )()0()(

    00

    +=

    =+

    ===

    Capacitatea de difuzie la jonciunea emitor-baz:

    E

    p

    kT

    qU

    n

    ME

    dde I

    kT

    q

    D

    we

    kT

    qqAwp

    du

    dQC

    E

    22

    1 2===

    Capacitatea de difuzie la jonciunea colector-baz:

    K

    C

    KkT

    qI

    KD

    w

    D

    w

    kT

    q

    u

    w

    wq

    kTe

    w

    pqDA

    u

    weqAp

    du

    dQC

    deE

    ppMC

    kT

    qU

    np

    MC

    kTqU

    n

    MC

    ddc

    E

    E

    ==

    =

    ===

    1

    2

    1

    2

    1

    21

    22

    24

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    61/232

    Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie

    6. Circuit echivalent Giacoletto

    Este un model pentru care parametrii nu depind de frecven pn la o

    valoare foarte mare a acesteia ( ).f5,0> , se deduc

    Zhh'

    i n condiiil e expresia:

    ZZA Su -

    ficarea de tensiune nu mai depinde (n modsenial) de parametrii tranzistorului, ci numai de raportul a dou impedane;

    - efectul impedaneiZse poate considera i ca o reac rie decurent.

    - aceast relaie arat c amplie

    ie negativ se

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    126/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie38

    c) Tranzistor bipolar cu impedan n serie cu colectorul

    Schema de principiu:

    * se obin relatiile:

    ++= '2'1'1 UhIhZhU ri

    ++

    ++

    +=

    00

    '2

    0

    0'1

    0

    '2

    11

    11

    ZhZh

    UZh

    hI

    Zh

    hI

    f

    * rezult parametrii tranzistorului echivalent prin identificare:

    +

    =

    +

    +=

    +=

    +=

    Zh

    hh

    Zh

    hZhh

    Zh

    hh

    Zh

    hh

    rr

    ii

    ff

    0

    '

    0

    '

    0

    0'0

    0

    '1

    ;

    1

    1;

    1

    - pentru valori nu prea mari ale impedaneiZ, ceea ce se ntmpl n modobinuit n circuitele reale, se ndeplinesc iii:urmtoarele cond

    1, 0

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    127/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie39

    d) TBIP cu impedan ntre bazi emitor

    iile des ntlnite n practic.Schema de principiu:* este una dintre situa

    ='='

    '='

    ' '

    *se obin relaiile:

    ++

    +=

    ++

    ++

    =

    '2

    '1

    '1

    '2

    0'1

    '2

    UZh

    ZhI

    Zh

    ZhU

    UZh

    ZhhI

    Zh

    ZhI

    i

    r

    i

    i

    f

    ii

    * prin identificare rezult parametrii tranzistorului echivalent:

    =+==+=

    +h +=

    +=

    i

    i

    fi

    f

    fii

    i

    i

    ii

    rr

    h

    h

    hZh

    Zh

    hZhZh

    Zh

    h

    Zh

    Zhh

    Zh

    Zhh

    '''

    0'0

    ';||

    ;

    a is i ia* se constat c panta tranzistorului echivalent este identic cu aceea a

    tr nz torulu ini l, SS'= . De multe ori, n cazurile practice, impedanaZ, olt mai mare dect hrezisten, are o valoare mu dere

    umeric, parametrii tranzistorului echivalent su aii, astfel nct, din punct de ve

    n nt practic identici cu cei

    tranzistorului iniial.* dac tranzistorul inial este caracterizat de parametrii

    0== 0hsi0hr , atunci parametrii circuitului echivalent vor fi:

    Z||hh i'i = ;

    i

    ffhZ

    Zhh

    +=' ; 0== 0hsi0hr ,

    ceea ce permite utilizarea relaiilor aproximative pentru calculul performanelorplif

    v c prezena impedaneiZduce la

    icorarea curentului care intr efectiv n baza tranzistorului pentru a fi

    am icatoarelor;* din punct de vedere fizic, se obser

    m

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    128/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie40

    amplif comun. Cu ct impedanaic;

    are fie din necesitilestorului, fie din circuitele de bootstrapare utilizate

    pentru micorarea influenei curentului de polarizare din baz asupra impedaneide intrare, aa cum se va vedea n paragrafele urmtoare.

    e) TBIP cu rezisten ntre bazi colector

    * schema de principiu: este

    icat, o parte din el mergnd prinZspre bornaZeste mai mare, cu att aceast pierdere de curent este mai m

    * cel mai adesea, rezistena dintre bazi emitor apde polarizare corect a tranz

    * ecuaiile suplimentare necesare pentru determinarea parametrilor

    tranzistorului echivalent sunt :

    Z* se obin relaiile urmtoarele echivalri:

    +

    +

    +

    ==

    Zh

    Zh

    Zh

    h

    Zh

    hhZhh

    fiffii

    2;|| ''

    +==

    +==

    Z

    UUIIUU

    UUIIUU

    '2'11

    '11

    '1

    '1

    '2

    2'22

    '2

    ;

    ;

    +

    +=

    +

    +=

    Zh

    hZhh

    Z

    Zhh

    i

    ri ; 0'0'

    hh

    iii

    ir

    * ntotdeauna se poate face aproximarea

    if h|Zh| >>ihZ+

    cazurile practice, e

    ff

    Zhh ' deoarece, n

    ste ndeplinit condiia ;

    * se poate folosi metoda de calcul pprnind de la definiia parametrilor:

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    129/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie41

    * conform definiiei:

    Zh

    Z

    U

    h

    U

    U

    II

    U

    I

    Uh i

    i

    UzU

    i =+

    =+== == 111

    011

    0'1

    '

    1'

    2'2

    i

    ir

    i

    i

    i

    r

    I

    rhZ

    hZh

    hZ

    h

    hZ

    ZUh

    UU

    Uh

    ++

    =

    ++

    +==

    =2

    20'2

    '1' 1

    |

    |

    '1

    ii

    rf

    i

    r

    I hZ

    hZh

    hZ

    hhhh

    Ih

    ++==

    '2'

    )1(1

    hZU +

    =

    +

    +

    +=

    00

    0'2

    0'1

    i

    fhZ

    hhZhZ +

    +

    +

    i

    i

    i

    fZf

    U

    f

    ZhZh

    I

    IIh

    I

    Ih =

    ==

    ='1

    1

    0'1

    '2'

    2

    staniali trei dintre parametriitranzis istorul iniial este caracterizat

    prin

    * se constat c sunt afectai n mod subtorului echivalent; astfel, chiar dac tranz

    0== 0hsi0hr rezult:

    0' += Zhhh

    i

    ir

    ceea ce nseamn c n calculul performanelor amplificatoarelor cu astfel detranzistoare echivalente trebuie s fie luate n considerare relaiile exacte deduse.

    tranzistoare astfel ds fie

    * prezena unei rezistene ntre baza i colectorul unui tranzistor poate smod de polarizare a tranzistorului

    asigur cu

    o rezisten ui,indiferent de condiiile de lucru.

    * se recomand ca n analiza circuitelor cu e echivalrievitate.

    apar frecvent datorit faptului c acest o bun stabilizare termic a PSF. n plus, la polarizarea tranzistorului

    ntre baz i emitor se elimin posibilitatea saturrii tranzistorul

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    130/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie42

    * din punct de vedere dinamic se poate considera c impedana dintrebaz i colector determin o reacie negativ paralel de tensiune care duce lamodificarea important a parametrilor tranzistorului.

    * panta tranzistorului echivalent va fi:

    Sh

    h

    hZ

    hZZh

    h

    hS

    i

    f

    i

    i

    f

    i

    f ==+

    =||

    ''

    '

    ceea ce nseamn c rmne practic nemodificat.

    zisten ntre colector i emitor

    * schema de principiu:

    f) Tranzistor bipolar cu re

    * pentru determinarea parametrilor tranzistorului echivalent se observ

    faptul cZapare strict n paralel pe impedanaoh

    1. Rezul c parametrii hi, hf

    i hr nu sunt modificai iar parametrul h0 se nlocuiete prin combinaie nparalel a celor dou impedane. Deci:

    =+== .1

    ||;

    0

    00ff

    hZ

    Zhhhh

    =

    =

    ;

    ;

    11'

    '

    ''rr

    ii

    hh

    hh

    * avnd n vedere c impedanaZare n mod obinuit valori sensibil mai

    mici dect

    o

    h

    1, parametrul

    'oh capt importan.

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    131/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie43

    * o alt posibilitate, utilizat n practic, este ca impedana Z s fieconsiderat n paralel cu impedana de sarcin (dac montajul este cu emitorulsau cu colectorul la mas).

    * situaiile practice n care apare o astfel de impedan ntre emitor i

    colector sunt mai puin ntlnite.

    Tranzistoare compuse

    u tranzistoare care smporte global ca un tranzistor ech ar ca dispozitivul

    rezultat s aib tot trei terminale.o polarizare

    direct un avantaj

    n util cuite integrate liniare.

    g) Tranzistor compus de tip Darlington

    * schema de principiu (tranzistoare de tipul npn):

    * sunt mai multe posibiliti de interconectare a dose co ivalent; este neces

    * din cele 4 posibiliti practice utilizate, dou permit in curent continuu fr elemente ajuttoare, ceea ce reprezint

    izarea lor n special n cir

    * prin conectarea celor dou tranzistoare se obine un dispozitiv cu treiterminale cu semnificaiile E,B,C:

    * pentru tranzistorul T se obine un curent de baz egal cu curentul deemitor al tranzistorului T, iar tensiunile dintre colectoarele i emitoarele celor

    dou tranzistoare pot fi simultan pozitive ceea ce asigur o funcionare n RAN.* la un curent de colector al tranzistorului compus prestabilit, se obine uncurent de baz la intrare de valoare mic, cutilizrii acestei structuri n etajele de intrare ale a

    * tranzistoarele sunt caracterizate n curent continuu prin factorii de curent

    i

    eea ce sugereaz posibilitateamplificatoarelor.

    'o

    "Io i se poate deduce c, dac se noteaz cu C, curentul de colector al

    torulu compus, atunci curentul de baz de la intrare va fi:

    = CI

    I B

    tranzis i

    ''0

    '0

    '0 )1( ++

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    132/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie44

    * deci tranzistorul compus Darlington are un factor de curent echivalentpentru conexiunea EC de valoare:

    '"' ++= "'" ooooooo aproximarea fiind justificat de neglijarea lui 1 n raport cu fiecare dintre factorii

    e curent ai tranzistoarelor compo

    nente.ontinuu simpl, n care curentul de emitor al

    tranzistorului T este curent de baz pentru tranzistorul T se constat c, princele dou

    d* la o polarizare n curent c

    tranzistoare, circul curent de colector, n PSF, de valori mult diferite;din acest motiv, performanele de ansamblu ale structurii sunt inferioare celor cerezult din analiza simplist a schemei.

    * factorul de curent al tranzistorului n conexiune EC depinde puternic decurentul de colector din PSF cnd acesta se modific n limite largi;

    * tranzistoarele utilizate n tranzistorul compus Darlington, fiind deacelai tip, este dificil s se aleag curenii de colector din PSF pentru ambele

    tranzistoare i n zona n care factorul de curent'T "T 0 s fie maxim i puindependent de variaiile curentului de colector din PSF; unul dintre tranzistoareva avea o valoare redus a factorului de curent.

    * deoarece tranzistorul compus Darlington se folosete n etaje de intrare,este important i zgomotul propriu produs de tranzistor. Tensiunea echivalentde zgomot depinde i ea de curentul de colector din PSF:

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    133/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie45

    * aceast curb este tipic fiecrui tranzistor i nu se pot alege curenii decolector din PSF astfel nct ambele tranzistoare s se situeze n zona de zgomotminim.

    * pentru evitarea acestor inconven e, este necesar s se mreasc

    curentul de emitor al tranzistorului 'T aa cum se sugereaz n figur n caregeneratorul de curent I se poate realiza n

    ient

    mai multe variante concrete.

    * din punct de vedere dinamic parametrii tranzistorului compusDarlington se pot deduce din n funcie de parametri de cuadripol hibrizi [ ],respectiv [ ].

    'h"h

    * la relaiile care descriu cele dou tranzistoare de forma :

    +=

    +=

    '2

    ''1

    ''1

    '2

    '0

    '1

    ''2

    UhIhU

    UhIhI

    ri

    f

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    134/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie46

    += 2012 UhIhI fse adaug relaiile rezultate din scrierea ecuaiilor Kirchhoff n no

    += ''2''''1''''1 UhIhU ri

    ''''''''''

    durile iochiurile formate.

    * din aceste 10 ecuaii, se elimin mrimile ce caracterizeaz cele dou

    tranzistoare componente i cele dou relaii rmase se a njeaz sub forma:

    += 2012 UhIee

    f

    de unde, prin identificare se determin parametrii hibrizi ai tranzistoruluicompus .Calculele sunt laborioase i se rocomand deducerea acestor parametri pornind

    de la definiie. Astfel, condiia

    =+

    +=+==

    =+=

    ''1

    '2

    '1

    ''2

    '22

    ''1

    '2

    ''22

    '11

    ''1

    '11

    ;;

    ;;

    III

    IIIUUUU

    IIUUU

    ra

    += 211 UhIhU

    hI

    er

    ei

    0U2= duce la urmtorul circ. echiv:

    Pentru se aplic relaia pentru un tranzistor cu o impedan n

    emitor:

    eih T'

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    135/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie47

    '''0

    '''

    1

    '

    i

    iiei

    hh

    Nhhh

    +

    +=

    nde .

    "fi0 + ) rezult:

    * pentru schema de polarizare standard: (adic

    ''r

    '

    fhh1hN' ++=u

    - n condiiile unor aproximri acceptabile:

    ( hh"'

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    136/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie48

    "1

    ""2 IhI f=

    unde este curentul de ieire al repetorului pe emitor format de tranzistorul

    care lu pe impedana nt a repetorului pe emitor:

    "iI

    'T "

    ih .creazRezult, conform relaiei amplificrii n cure

    1"'0

    '"1

    1

    )1(I

    hh

    hI

    i

    f

    +

    +=

    rin nlocuire, se obine:P

    1'

    0

    "

    '"

    '"

    '0

    "'

    2

    1

    1I

    hhI

    hh

    hhhI

    fif +++

    = 1

    0

    1 hhi

    f

    i

    +

    '0

    "

    '"'0

    "'

    1

    )1(

    hh

    hhhhhh

    i

    ffifef

    +

    ++=

    - n cazurile de aproximare unanim acceptate e obine

    relaia aproximativ:

    hhhhhh ++= - se constat c, din punct de vedere dinamic, tranzistorul compus

    Darlington are factorul de e n curent deadev

    ionare ale celor dou tranzistoare.

    ( "'0

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    137/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie49

    compus Darlington d de tranzistorulluat separat ca repetor pe emitor (f stena

    cfactorul de amplificare n curent al tranzistorului echivalent este mult mrit;

    U

    egale pe intrrile celor dou tranzistoare, adic 1 UU i, deoarece curentul n scurtcircuit este dat, prin ipal, e cu ntul celui de-al doilea tranzistor,rezult reducerea pantei echivalente la jumtate din panta celui de-al doilea

    * dezavantaj al tranzistorului compus Darlington, dar mai puin importantdect avantajele pe care le prezint din alte puncte de vedere.

    Pentru calculul celorlali doi parametri, se pune condiia

    este e circa 2 ori mai mare dect cea oferitr a lua n considerare reziT

    '0hh

    i +

    "

    "22"

    2 1)1(

    )1( UhhU

    hI f +

    +=

    generatorului de semnal al crei efect este mult micorat datorit faptului

    * fizic, deoarece tensiunea de intrare i se repartizeaz n pri aproape"'

    '

    1n c d re

    tranzistor, "T .

    0I1

    = i seobine o schem echivalent:

    * deoarece , rezult:

    2222 )1( UhIhUh ff ++=+

    Dar:

    "1

    '2 II =

    "'"' IhIIII +=+= 2"0'2"2"0'1

    '0

    "

    2"22'

    2 1

    hh

    UhUI

    i +

    =

    2"0Deci:

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    138/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie50

    adic:"'

    "'0

    "0

    "

    '0

    "0"

    "0

    "

    ""

    0111

    )1)(1( rfehh

    Nhhh

    hN

    hhh

    h+

    +=

    +

    =++

    =

    0'' iii hhhh +n condiiile obinuite de aproximare, rezu

    )1( "'0"00 ++= f

    e hhhh

    adic de v oatranzis

    00 +lt:

    al re foarte mare, mai mare dect la fiecare dintre cele doutoare luate separat.Observnd c:

    "

    '"

    222"

    22

    '

    2

    '

    1 " irUhU

    hUhUhU

    ++= 1

    o

    ih

    h +

    i c:

    '0

    "

    "2

    '0

    '2 1

    )1(1

    hh

    hU

    hU

    i

    r

    +

    = ,

    dup calcule elementare, rezult c:

    "'0

    '0"'""'

    1 i

    irrrrer

    hh

    hhhhhhh+

    ++=

    Aceast relaie se poate reduce la forma aproximativ:'0

    "'"hhhhh irr

    er +

    o expresie care nu se mai poate simplifica avnd n vedere faptul cei treitermeni pot avea valori apropiate.

    i dinami pus Darlingtonvor fi:

    c

    * parametri ci aproximativi ai tranzistorului com

    2S

    =

    ++=+=

    ==

    )1(;

    ;;2

    "

    "'0

    "0

    '0

    "'"

    "''

    S

    hhhhhhhhh

    hhhhh

    e

    feoirr

    er

    ffef

    e

    * deci, din punct de vedere dinamic, tranzistorul compus Darlingtonprezint un factor de amplificare n curent mrit, dar panta echivalent redus

    ii

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    139/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie51

    este la jumtate. Reacia intern este comparabil cu aceea a unuia dintretranzistoarele componente, iar la ieire el se comport ca un tranzistor cu

    de ieire mai mic dect cea a tranzistoarelor componente.rmn ns importante proprietile tranzistorului compus Darlington n

    curent continuu prin care se asigur un curent continuu de baz de valoare foartemic. De asemenea, prin artificii de circuit, n special n circuitele integrate

    h) Tranzistor compus super-G

    iu:

    impedan*

    lineare, se pot mbuntii i performanele dinamice.

    * schema de princip

    * n ambele cazuri, tranzistorul echivalent este de tipul primului tranzistor

    din combinaie i va avea E i B comune cu acesta.* se poate realiza o polarizare a tranzistoarelor n RAN.

    c, n curent continuu, curentul de colector

    al primului tranzistor, , este curent de baz pentru cel de-al doilea tranzistor,. Deci, ntr-o astfel de structur, e asi c de int re co tinuu devaloare mic iar curentul prin sarcin este asigurat, practic, de cel de-al doileatranzis

    * se poate deduce fo luicompus:

    00

    l ), rezult c se vor pstra dezavantaje relevate la tranzistoarecompuse Darlington cu privire la dependena de curentul de colector a factoruluide zgomot propriu al tranzistoarelor i a factorului de curent al tranzistoarelor.n mod normal se pot folosi aceleai metode pentru reducerea efectului acestora.

    * din punct de vedere dinamic, parametrii tranzistorului echivalent, sedetermin din circuitul echivalent:

    * n ambele cazuri se constat

    T'T" s gur urent ra n

    tor.arte simplu factorul de curent al tranzistoru

    "'"'0

    "0

    '00 )1( +=+=

    e00

    * curenii continui prin cele dou tranzistoare fiind foarte mult diferii (n

    raportu"

    0

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    140/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie52

    Se pot scrie relaiile de legtur:

    === '1'2

    '112

    "2 ;;; IIIIII

    corespunztoare

    fiecru

    ic e pot deduce parametrii hibrizi ai tranzistorului compus.Pornind de la definiie, se pot deduce mai direc

    * para

    ==='112

    '2

    "1

    '22 ;; UUUUUUU

    Dac se adaug relaiile dintre curenii si tensiunile

    i tranzistor, se pot elimina mrimile:"2

    "1

    ''2

    "1

    '2

    '1

    '2

    '1 ,,,,,, IsiIUUIIUU

    i rezult dou relaii de forma:

    += 211 UhIhU

    er

    ei

    += 2012 UhIhI fPrin identif are, s

    ee

    t aceeai parametri.

    metruleih :

    "'0

    '"'

    1 i

    iii

    hhhhhh

    ++=

    n mod obinuit, 1'" hh i '"' hhh , astfel nct: 'e hh

    e

    ui compus super-G este determinat de acelai

    parametru al primului tranzistor.

    * parametrul :

    0i ii ii

    adic parametruleih al tranzistorul

    efh

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    141/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie53

    "'"'"'

    0

    '" )1(

    1)1( ffff

    i

    f

    fef hhhh

    hh

    hhh +

    ++=

    Factorul de amplificare n curent al acestui tranzistor compus va avea

    valoarea foarte mare.* panta tranzistorului compus echivalent.

    "''

    "'

    f

    i

    ff

    ei

    efe hS

    h

    hh

    h

    hS ==

    - foarte mare n comparaie cu panta primului tranzistor (i, de aici,

    denumirea sa, deoarece panta tranzistorului se mai noteazi cu mg ) .- se observ c:

    'i

    ffh

    "'" "' ie hhShS ==

    - deoarece, pentru o schem elementar de polarizare curenii continuiprin cele dou tranzistoare sunt n raportul factorilor de ctranzistoare, se poate scrie:

    S

    ureni ai celor dou

    ""

    "

    ""

    '" CCf

    f

    e I

    hSkTh

    qI

    kTh

    hSS == '"0

    '""

    "

    '""

    "

    '

    'C

    C

    fC

    C

    fC

    f

    C

    fI

    I

    hSI

    I

    hSI

    qI

    - n aceast ultim relaie, dac se apreciaz c, numeric, =fh ,rezult

    lu u se poate interpreta n felul urmtor: tranzistorul compus

    super-G asigur o pant echivalent mare (panta tranzistorului prin care

    ircul urent continuu de v loa e ma ), n condi le n metrul are

    i el valoare mare fiind asigurat de primul tranzistor , prin care circul curentcontin .

    us Darlington:

    ""0

    :"

    SSe =

    - acest cr"T

    eih

    'T

    c c a r re ii care para

    uu de valoare mic- comparnd rezultatele obinute cu cele ale tranzistorului compus

    Darlington, se constat c diferenele nu sunt eseniale:- pentru tranzistorul comp

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    142/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie54

    =2

    ;2"

    ' SShh

    ei

    ei

    torului compus super-G:- pentru tranzis

    "'; SShh eie = i

    - - aceste rezultate nu trebuie s surprind prea mult, deoarece

    n ambele cazuri, produsul este , adic aproximativ .

    a c ctorul decurent al unu ult mai mare dect 1 (de cel puin 20-50 ori).

    * parametrul

    ei

    ehS fh ffhh

    e "'

    - diferenele pe care le impun aproximrile fcute pe parcurs nu sunteseniale, efectul lor rmnnd n zona n care se poate consider fa

    i tranzistor este me

    rh :'"'

    '01 i hh+

    - c reacia intern n tranzistorul compus super-G este dat, practic, deprimul tranzistor.

    e

    "' 1

    rrrrer hhhhh +=

    * parametrul :

    - acest parametru este dictat de cel de-al doilea tranzistor.* valorile aproximative ale parametrilor sunt de forma:

    ==

    =="00

    '

    "''

    ;;

    ;;

    hhh

    hhhhh

    er

    er

    ee

    e o

    , chiar i n circuitelefunci tinue cum ar fi sursele dealimentare.

    h0"0

    "'0

    "00 hhhhh

    e +=

    =SSe

    * prin comparaie cu parametrii tranzistorului compus Darlington) s bserv c,n afara celor spuse despre

    eih ,

    efh i

    eoh , se poate aduga faptul c tranzistorul

    super-G se comport mai bine ca generator de curent dect tranzistorul compus

    h

    fffii

    "

    Darlington.* tranzistorul compus super-G se folosete ori de cte ori este necesar obinerea

    unei i i micmpedane de ieire de valoare ct maonnd la semnale lent variabile sau con

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    143/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie55

    * n locul tranzistorului T, se poate utiliza un alt tranzistor compus (de tipDarlington sau de tip super-G) care s asigure un factor de amplificare n curentde valoare ct mai mare.* exerci se determine pantele echivalente ale trazistoarelor compuse

    iple r, considernd c n schema dei c factorii decurent i factorii de c cu

    .

    iu: s

    tr i n funcie de panta ultimului tranzistopolarizare n curent continuu nu intervin alte elementeamplificare n urent ai celor 3 tranzistoare sunt toi egali

    fh

    Observaie:

    - n to cprovine n principal din fruc

    ate azurile, mrirea pantei echivalente a tranzistorului compustificarea pantei mari a ultimului tranzistor (prin care

    circul cel mai mare curent).

    pot obine i na obine alte valori aleparametrilor individuali ai tranzistoarelor prin care s se mbunteascparametri globali, n particular, panta echivalent:

    - structurile de tranzistor de tip super-G sau Darlington, secazul unor polarizri de alt tip ale tranzitoarelor pentru

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    144/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie56

    i) Tranzistor compus superD

    * schema cu TBIP NPN;- sunt posibile variante i cu tranzistoare complementare. n toate cazurile,

    nu este posibil polarizarea n curent continuu fr elemente ajuttoare ceea cereprezint un dezavantaj al acestui tranzistor compus n comparaie cu celelalte.

    * din punct de vedere dinamic, comportarea lui este asemntoare cu atranzistorului compus Darlington. Se remarci aici faptul c, prin tranzistorul

    'T circul curentul de baz al tranzistorului "T , ceea ce permite obinerea uneipante echivalente mari cu impedana de intrare de asemenea mare.

    * parametrii echivaleni sunt:* parametrul

    eih :

    '"'e Nhh +

    "'01 i

    iii

    hhh

    +=

    cu:

    - n condiiile unor aproximri acceptabile ( i ),

    rezult:

    * parametrul :

    '''' 1 rf hhhN ++=

    1"'0 ihh 1'' += fhN

    ''' )1( ifiei hhhh ++

    efh

    '0

    "

    '"

    '0

    "

    '0

    "'""

    1

    )1(

    1 hh

    hh

    hh

    hhhhhh

    i

    ff

    i

    if

    ffef

    +

    +=

    +

    +=

    cu relaia aproximativ

    :

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    145/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie57

    ''" )1(e hhhh + "fffff h dic metrul corespunztor al tranzistorului compusa nu mult diferit de para

    Darlington.

    * parametrulerh :

    '"

    "'1

    )1(

    io

    rrer

    hh

    hhh

    +

    =

    - aproximativ:"r

    er hh

    * parametrul :e

    h0

    '"

    "'"

    1 oi

    ooe

    o hh

    hhh

    h +

    +

    =

    - cu aproximarea:

    * proprietile la ieire ale tranzistorului compus super-D sunt determinate

    numai

    "o

    eo hh

    de tranzistorul "T , aa cum este evident i din modul de conectare.* panta echivalent se calculeaz cu formulele aproximative, sub forma:

    "''

    "'ffe

    hhS =

    )1( ifi hhh ++

    c de modul de polarizare, panta echivalent poate lua valoridiferite; astfel, dac, prin polarizarea n curent continuu, se realizeaz cureni decolector egali prin cel nci

    i , iar dac, prin polarizarea n curent continuu, se

    zeaz un curent de baz pentru identic cu curentul de emitor altranzistorului , atunci, n condiiile egalitii numerice a factorilor de curent

    - n fun ie

    e dou tranzistoare (sau aproximativ egali) atu""'' )1( ifi hhh + SS

    e T"

    T'

    2

    reali

    ai acestora, se obine

    "S

    S e .- rezult c, n funcie d tree polarizare, panta echivalent este cuprins n

    2

    "

    S

    2

    "S.

    SS e i " , situaie mai bun dect la tranzistorul compus Darlington

    clasic unde panta echivalent este

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    146/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie58

    Observaie:Pentru toate aceste trei tipur se

    ctig pentru mbuntirea unor perfomane de regim dinamic ale

    ar sunt folosite.

    Tranzistor compus cascod

    * structura de tranzistor compus cascod prezint o serie de proprietire n conexiune

    i de tranzistoare compuse se constat cmrete substanial factorul de amplificare n curent echivalent, ceea cereprezint un

    circuitelor n c e

    i)

    remarcabile i const din conectarea n cascad a dou tranzistoaEM respectiv BM:

    ' "- din punct de vedere dinamic tipurile tranzistoarelor T i T nuconteaz, dar condiiile de funcionare n RAN ale celor 2 tranzistoare depind detipurile lor i de circuitele de polarizare; nu este posibil o polarizare n curent

    - parametrii dinamici ai tranzistorului echivalent arat c acest tranzistorne

    nalte;

    continuu fr elemente ajuttoare;

    compus poate fi utilizat ca un circuit de intrare performant n special la frecve

    * deducerea parametrilor hibrizi echivaleni se face dup schema echivalent ncare, pentru al doilea tranzistor a fost utilizat schema echivalent n parametrii

    bh n conexiunea baz comun.

    * parametr briz* n condi

    i parametrul h rezult ca fiind impedana de intrare n tranzistorul

    ii hi i se pot determina pornind de la definiie;iile de scurtcircuit la ieire, dispare generatorul de tensiune

    2rb i"

    "Uh e 'T

    ibhavnd ca sarcin pe .

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    147/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie59

    Deci:'0

    "1 hh

    hhh

    ib

    ibiei +

    +=

    Dar: ;

    "

    " hh

    h i

    "'

    1; 'iei hh 1'02'"" + hhhhh

    ibiibib , rezult:f

    - observnd c'2

    "1 II = i c raportul '

    1

    2

    Ireprezint amplificarea de

    curent a primului tra

    'I

    nzistor, rezult:

    2'1

    "1"

    21

    "1

    "

    21

    2

    000fb

    fbe

    fU

    I

    Ih

    UI

    II

    UI

    Ih =

    =

    =

    =

    =

    =

    =

    "'

    '"'"

    1 ibo

    f

    fbifbhh

    hhAh

    +==

    "fh

    deoarece: 11"

    " +

    f

    fbh

    h

    Rezult: 'fef hh

    - parametrii circuitului echivalent de intrare sunt determinai de parametriimului tranzistor.pri

    * pentru parametrii circuitului de ieire, deoarece, 01 =I , generatorul de

    curent nu mai conteaz.'1

    'Ihf

    "

    "'0

    '0'

    12

    '2

    '2

    1

    12

    11

    1

    00rb

    ib

    rer h

    hh

    hh

    IUU

    UU

    IUUh

    +=

    ==

    == sau:

    "'

    "'

    1 ibo

    rsrer

    hh

    hhh

    +=

    - produsul de n

    la umrtor este foarte mic (ordinul de mrime este

    ) astfel nct se poate considera:

    109

    1010

    0e

    rh

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    148/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie60

    ceea ce arat c n acest tranzistor compus nu exist reacie de la ieire la intrare.

    c u area luiPentru alc l se observ c:eh0

    "'0

    '0

    """0

    2

    '0

    2

    2"ibUh "2"0

    12

    ""2

    "0

    1

    1

    1

    00

    ib

    rbfb

    b

    ib

    fbb

    b

    hh

    hhhh

    hh

    hUh

    IU

    IhUh

    I

    I

    ++=

    ++

    =

    +=

    =

    dar: ,

    1

    1

    10

    fbe

    UUh ===

    "0

    '0

    ""brsfb hhhh

    astfel:e

    h1"

    "0"

    00+

    f

    bh

    hh

    a de iei ste

    fr clui.

    i compus cascod este:

    - impedan re echivalent pentru tranzistorul compus cascod efoarte mare, corespunztoare unui tranzistor cu baz la mas. Deci el secomport ca un foarte bun generator de curent la ieire, ceea ce permiteconectarea ca sarcin a unui circuit oscilant paralel, a acesta s fieamortizat sensibil prin impedana de ieire a amplificatoru* panta echivalent a tranzistorulu

    'S

    h

    hS

    e

    i

    efe =

    Aadar, la intrare , tranzistorul compus este caracterizat de primul

    tranzistor, transferul ( sau ) este determinat tot de acesta, iar la ieire este

    determinant impedana tranzistorului al doilea cu baz la masa neexistndreacii interne.

    Utilizarea sa n circuite de intrare mai este facilitat i de ali parametri

    )( eihefh

    eS

    aa cum se va vedea i n paragrafele urmtoare.

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    149/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie61

    Cap. 4. Amplificatoare elementare cu tranzistoare

    7. Circuite cu impedan de intrare mrit

    * structura unui amplificator:

    - etaj de intrare, EI;

    - etaj intermediar, EI;- etaj de ieire, EI.

    * circuit echivalent la intrare:

    g

    gZZ

    ZEU

    +=

    int

    int1 gEU 1 intZ

    * alegere ntre structurile elementare: BC, EC, CC CC

    * schema de principiu:

    sfiic ZhhZ )1( ++= (dac rh i sunt egali cu 0).oh

  • 8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice

    150/232

    DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie62

    * trebuie folosit relaia exact pentru c, pentru valori mari ale impedanei de

    intare, nu mai pot fi neglijai cei doi parametri:

    so

    si

    Zh

    NZhZ

    +

    +=

    1int

    - dificil de interpretat.

    * schema Giacoletto:

    - se neglijeazr i se redeseneaz:

    - se definete un tranzistor ideal caracterizat prin:

    0;;0; ====== idofidid

    iid hhhhhrh

    fri

    *'

    '

    '

    )1(')1((1 si

    s

    s ZhhZh