Dispozitive Si Circuite Electron Ice

Embed Size (px)

Text of Dispozitive Si Circuite Electron Ice

Universitatea Petru Maior Facultatea de Inginerie Catedra de Inginerie Electric ef lucrri ing Germn Z Dispozitive i circuite electronice I Partea 1 Dispozitive electronice Curs. Format electronic Anul universitar 2005-2006 Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 2Cuprins Introducere 1 DISPOZITIVE ELECTRONICE 1.1Jonciunea p-n 1.1.1 Jonciunea p-n la echilibru termic 1.1.2 Caracteristica static a jonciunii p-n. Ecuaia diodei ideale 1.1.3 Strpungerea jonciunii p-n 1.1.4 Circuitul echivalent al jonciunii p-n 1.2.Diode semiconductoare 1.2.1 Diode redresoare. Caracteristica static. Funcionare 1.2.2 Diode varicap. 1.2.3 Diode stabilizatoare (ZENER) Caracteristica static. Funcionare. Stabilizator parametric. 1.3 Tranzistorul bipolar 1.3.1. Introducere. Simboluri. Tipuri de caracteristici. 1.3.2 Principiul de funcionare (efectul de tranzistor) 1.3.3 Componentele curenilor prin tranzistor 1.3.4 Descrierea funcionrii n regiunea activ normal (conexiunile BC, EC) 1.3.5 Modelul de semnal mare (EBERS - MOLL) al tranzistorului bipolar 1.3.6.Caracteristicile statice ale tranzistorului bipolar 1.3.6.1. Caracteristicile statice n conexiunea baz comun (BC) 1.3.6.2. Caracteristicile statice n conexiune emitor comun (EC) 1.3.7 Polarizarea tranzistorului ntr-un punct dat de funcionare, n regiunea activ1.3.8.Limitri n funcionare datorat variaiei temperaturii i disipaiei de putere 1.3.8.1 Variaia caracteristicilor electrice cu temperatura 1.3.8.2 StabilizareaPSF n raport cu variaiile de temperatur 1.3.9.Tranzistorul bipolar n regim dinamic 1.3.9.1 Modelul de semnal mic. Circuit echivalent natural 1.3.9.2. Circuit echivalent cu parametri hibrizi 1.3.9.3 Exemplu de utilizare a circuitului echivalent. Etaj de amplificare cu emitorul comun 1.3.10 Caracteristica dinamic i limitarea amplitudinii semnalului 1.4 Tranzistorul cu efect de cmp cu jonciune (TEC-J) 1.4.1 Introducere. Simboluri.Notaii.Funcionare 1.4.2 Caracteristici statice de ieire i de transfer (canale n i p). Regim liniar. Regim de saturaie 1.4.3 Polarizarea TEC-J.Scheme de polarizare. Dreapta de sarcin. Punct static de funcionare 1.4.4 Modelul de semnal mic pentru TEC-J. Frecvene joase i nalte. 1.5 Tranzistorul cu efect de cmp tip "MOS" (TEC-MOS) 1.5.1.Introducere. Simboluri.Notaii.Funcionare. Tipuri de caracteristici. 1.5.2.Caracteristici statice de ieire i de transfer (canale n i p). Regim liniar. Regim de saturaie 1.5.3.Polarizarea TEC-MOS (canal iniial i indus). Scheme de polarizarepentru canal indus i canal iniial. Dreapta de sarcin. Punct static de funcionare. 1.5.4.Model de semnal mic pentru TEC-MOS. Frecvene joase i nalte. 1.6 Dispozitive electronice uni- i multijonciune 1.6.1.Dioda pnpn. Caracteristica curent-tensiune 1.6.2 Tiristorul convenional. Caracteristica curent-tensiune. Amorsarea tiristorului. Blocarea tiristorului. Aplicaii 1.6.2.Diacul, triacul. Caracteristici curent-tensiune. Amorsare. Blocare. Aplicaii 1.7 Dispozitive optoelectronice 1.7.1 Fotorezistena. 1.7.2 Fotoelementul. Fototranzistorul.Fotodioda. Fototiristorul 1.7.2.Dioda electroluminescent(LED).Optocuplorul. Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 3 Introducere Corpurile solide au o structur cristalin cu atomii i moleculele distribuite ntr-o reea regulat, n care unitatea structural (cub, tetraedru, etc.) se repet periodic. Atomii situai n nodurile reelei cristaline sunt legai ntre ei prin electronii de valen. Din punct de vedere electric, corpurile solide se mpart n trei mari grupe: -conductoare -semiconductoare -izolatoare Aceastclasificarearelabazvaloareaconductivitiielectricemsuratlatemperatura camerei.La aceast temperatur se obin urmtoarele valori pentru conductivitate electric: ( )( )1 6 810 10 = m la materialele conductoare ( )( )1 9 510 10 = m la materialele semiconductoare ( )( )1 910 = m la materiale izolatoare Dispozitiveleelectronicesuntacelecomponentealecircuitelorelectroniceacrorcomportarese bazeazpecontrolulmicriipurttorilordesarcinncorpulsolid,ngazesaunvid.Aproapetoate dispozitiveleelectronicefolosescconduciancorpulsolid,deregulnsemiconductoare.Princontrolul micrii purttorilor de sarcin se nelege fie controlul injeciei de purttori de sarcini, fie controlul propriu-zis,caresepoateexercitaprincmpulelectriccareaparedatorituneidiferenedepotenial.Controlul mrimiicurentuluielectricsepoaterealizaiprinefectulunuifluxluminos(fotoni)asupranumruluide purttoridesarcindintr-oanumitzonadispozitivuluielectronic,careestecazulparticularal dispozitivelor optoelectroniceCircuiteleelectronicesuntdefaptcircuiteelectricecareutilizeazdispozitiveelectronicepentru realizarea unor funcii cum ar fi: -amplificarea, generarea unor oscilaii armonice, redresarea tensiunii alternative, stabilizarea tensiunii, modulare/demodulare Funciile electronice pot fi asociate la dou categorii mari de aplicaii: -controlul i conversia energiei, -prelucrarea sau transmiterea semnalelor electricepurttoare de informaii Dispozitivele electronice pot fi privite ca elemente ale circuitelor electronice, caurmaremrimilecareaparlaborneleacestorasunttensiunielectricei cureni electrici. La dispozitivele mai simple cu dou borne, caracterizarea se face prin legtura care exist ntre tensiunea aplicat i curentul rezultat, de exemplu ca pe figura alturat: Dependena poate fi o caracteristic static sau una dinamic dac apare posibilitatea stocrii energiei electrice de ctre dispozitivul electronic.La dispozitivele cu trei sau mai multe borne descrierea se poate face prin relaiile care exist ntre patru mrimi electrice: doi cureni i dou tensiuni , deoarece al treilea curent se obine n funcie de ceilali doi. Caracteristicile statice ce descriu complet funcionarea acestui dispozitiv cu trei borne sunt dou funcii de dou variabile, de exemplu ( )2 1 1 1, u u i i = ) , (2 1 2 2u u i i = Este interesant de remarcat c n majoritatea cazurilor proprietile de interes ale dispozitivelor electronice pot fi descrise cu referire la caracteristicile statice. Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 4 Oprimproprietateadispozitivelorelectroniceestecaracterullorneliniar.Toatedispozitivele electronice au caracteristici statice neliniare. Caracteristica static a diodei semiconductoare, de exemplu, permite redresarea unui semnal alternativ. Oadouaproprietateestecaracterulparametricalunordispozitiveelectronice.Unanumit parametru al dispozitivului poate fi controlat electric. Rezistena tranzistorului cu efect de cmp ntre surs i dren poate fi controlat de tensiunea aplicat ntre poart i surs.Aceast rezisten controlat poate fi folosit n reglajul automat al amplificrii. O a treia proprietate important pe care o prezint unele dispozitive electronice este caracterul lor activ.Numimactiveaceledispozitiveelectronicecarepotasiguratransformareaputeriiabsorbitedela sursele de alimentare n curent continuu n putere de semnal. 1.DISPOZITIVE ELECTRONICE 1.1 Jonciunea pn Dispozitivelesemiconductoareaunconstrucialorregiunialereeleimonocristalinecudiverse impurificriattcamrimeaconcentraieicticatipdeimpuritate(n-regiunetipdonor,p-regiunetip acceptor).Jonciuneapnreprezintostructurfizicrealizatntr-unmonocristalcarearedouregiuni vecine,unadetippaltadetipn.Intreacestedouregiunideconductibilitateelectricdiferitapareo variaieadistribuieiimpuritilor.Liniadedemarcaiedintreceledouregiunisenumetejonciune metalurgic.Jonciuneapnareoimportanesenialnfuncionareauneiclasemaridedispozitive electronice.Majoritateadispozitivelorelectronicesemiconductoareconinunasaumaimultejonciuni. Cunoaterea fenomenelor din jonciunea pn servete i la nelegerea unor fenomene cum sunt cele legate de suprafaa semiconductorului, de contacte metalice, etc. 1.1.1Jonciunea pn la echilibru termic ntr-ojonciunepnaflatlaechilibrutermicconcentraiiledepurttorimobilidesarcindifern zona jonciunii metalurgice fa de valorile din structur datorit fenomenelor de difuzie a purttorilor mobili. Astfel,goluriledinregiuneap,aflatenconcentraiimari,difuzeazspre regiuneanundeconcentraialor este foarte mic, aici ele se recombin datorit tendinei semiconductorului de tip n de a restabili echilibrul. Inmodsimilarelectroniiinzonandifuzeaz spre zonap.Proceselede difuziencep evidentcupurttorii aflai n apropierea jonciunii metalurgice. In zona p adiacent jonciunii metalurgice, prin plecarea golurilor apare un exces de sarcin negativ datorit ionilor acceptori (sarcini fixe). Zona n din apropierea jonciunii metalurgicecaptosarcinnexcespozitiv,prinacelaiprocedeu.Caurmaresestabileteuncmp electricinternorientatdelaregiuneanspreregiuneap.Acestcmpelectrictransportgoluriledinspre regiunea n spre regiunea p i electronii dinspre regiunea p spre regiunea n, deci n sens opus fluxurilor de difuzie Caurmare,procesuldescdereaconcentraiilordepurttorimajoritarinusecontinupnla uniformizareaconcentraiilor(conformtendineidedifuzie),ciseautolimiteaz(pringenerareacmpului electricintern)lavaloricareasigurechilibrulcurenilor(fluxurilor)dedifuzieidecmp.Aceastsituaie corespunde unui curent electric nul prin structur, rezultat compatibil cu condiia de echilibru termic. Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 51.1.2. Caracteristica static a jonciunii pn Caracteristeicastaticdesemneazdependenacurentuluiprinjonciune,detensiuneaaplicat acesteia. Convenia de notaii prezentat pe figura este urmtoarea: -polarizare direct pentru care0 0 > >A AI U -polarizare invers pentru care0 0 < >astfel nct ecuaia poate fi aproximat cu:|.|

\| =mkTqUI IAO Fexp(partea exponenial din cadranul I al caracteristicii statice) Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 6n polarizare invers, pentru tensiuni negative mult mai mari n valoare absolut ca tensiunea termic qmkTU UT R= >> curentul prin jonciune depinde foarte slab de tensiunea aplicat, avnd valoarea curentului de saturaie: O RI I =Datorit modului rapid de variaie a funciei exponeniale, se observ c ntr-un domeniu limitat de curent, tensiuneapejonciunenpolarizaredirectpoatefipresupusconstant,valoareatipicaacesteiaeste de 0,7V pentru Si, 0,3V pentru Ge, As. 1.1.3. Strpungerea jonciunii pn Fenomenul electric de strpungere a jonciunii pn const n creterea puternic a curentului n polarizare invers la o anumit tensiune, aa cum rezult din figura de mai jos. In dreptul tensiunii BRUnumite tensiune de strpungere, curentul invers RItinde ctre infinit. Daccircuitulelectricexteriorlimiteazcurentulprinjonciunelaovaloarecarenuducela distrugerea structurii prin nclzire excesiv, fenomenul de strpungere este reversibil. Strpungereajonciuniipoatefiexplicatprindouefecte,amndoufiindlegatedevalorilemariale intensitii cmpului electric la tensiuni inverse mari. Multiplicareanavalanapurttorilordesarcin.Latensiuniinverseridicate,cmpulelectricdin regiunea de sarcin spaial atinge valori mari i imprim o energie crescut purttorilorde sarcin. In urma ciocniriicuatomiireeleicristaline,unpurttordesarcinpoateaveaenergiesuficientpentruaformao perecheelectrongolprinrupereauneilegturicovalente.Acetipurttoridesarcinsuplimentarisunt antrenai la rndul lor de cmpul electric i n mod similar pot rupe legturi covalente, fenomenul ducnd la o cretere nelimitat a curentului.Din punct de vedere cantitativ, prezena fenomenului de multiplicare este luatnconsideraieprinnmulireavaloriicurentuluiinvers OI (nabsenaacestuifenomen)cuun coeficient M de multiplicare n avalan: O RI M I =Coeficientul M poate fi calculat cu o relaie empiric: nBRRUUM||.|

\|=11 unde n este un exponent cuprins ntre 4 i 7, valoarea sa depinznd de semiconductor. Efectul Zener.Pentru concentraii mari de impuriti (>1018 cm-3) strapungerea jonciunii nu se mai face prin multiplicare n avalan, ci prin efect Zener. Aceasta const n apariia unui numr crescut de purttori de sarcin prin ruperea unor legturi covalente sub aciunea direct a cmpului electric.Efectul Zener apare la un numr redus de tipuri de jonciuni i anume acelea cu tensiuni mici de strpungere (>1 1 22100 ,

n aceste conditii : U UURVR R 1 22100 = =. Pe baza acestui calcul aproximativ se poate afirma ca prin diode circula curentii inversi: I I I IR O R O 1 1 2 2= = ; se poate face un calcul mai exact al punctelor statice de funcionare cu ajutorul relatiilor: U U UURIURI IR RRORO1 21122+ =+ = + = Se obtin rezultatele:U V U V I AR R 1 2104 96 105 = = = ; ; Acest circuit asigura o mpartire mai buna a tensiunii de alimentare ntre cele doua diode, rezistentele acestea numindu-se rezistene de egalizare. Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 10 ! Aplicaie n circuitul din figur diodele auI pAO12 =i respectivI pAO28 = . Caracteristicile lor se considera a fi ideale , m=1. Se cere sa se calculeze curentii prin cele doua diode. Diodele D1 i D2 sunt polarizate direct, caracteristica statica a grupului celor doua diode legate n paralel este: I IqUkTI I IOaO O O= = + exp ;1 2 efectund un calcul iterativ (ca n prima aplicatie) se obine: I mA U VA 99 4 0 6 . ; . Curentul total I se divide prin fiecare dioda proportional cu curenii de saturaie: I III ImA I mAAOO OA 111 2219 9 79 5 =+= = . ; . Observatie.mprireainegala curenilor prin celedoudiodeestenefavorabil,deoarecediodelesunt puse n paralel pentru a nu fi suprasolicitate la curenti prea mari. ! Aplicatie Circuituldinfigurademaijosnseriazcufiecarediodcteorezistenamic,de20;aceste rezistenesenumescrezistenedeegalizare.Ssearatec,folosindaceleaidiodecanproblema precedent, curenii prin diode au valori apropiate. Se face un calcul iterativ care pleaca de laVA1 = VA2 = 0. Atunci curentul I are valoarea: IVRR RR RmA =++=1 21 299 Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 11iarIa1 = IA2 = 49,5 mA. Atunci, tensiunile pe diode au valorile:VkTqIIVVkTqIIVAAAA110122020 6220 586= == =ln ,ln , Cu aceste valori ale tensiunilor pe diode, curenii se recalculeaz cu relaiile: IVR V R V R RR R R R R RmAIVR VR V R RR R R R R RmAAA AAA A12 2 1 21 2 1 221 1 2 21 2 1 248 350 1=+ ++ +==+ ++ +=( ),( ), Aceste valori ale curentului nu duc la modificri notabile ale tensiunilor pe diode i se rein ca soluii. 1.3. Tranzistorul bipolar 1.3.1. Introducere. Simboluri. Tipuri de caracteristici. Tranzistorulbipolaresteundispozitivelectroniccutreiborne:emitor,baz,colector.Acestetrei bornefaclegturalatreiregiunisemiconductoaredeconductibilitatediferit(n,p)aleaceluiaicristal semiconductor.Senumete"bipolar"deoarececonduciaesteasiguratdedoutipuridepurttoride sarcincusarcindesemndiferit:electroniigoluri.nfigurileurmtoaresearatsimbolurilegrafice corespunztoare celor dou structuri, npn i pnp. Sgeata din simbol corespunde jonciunii pn emitor-baz (vrful sgeiimergentotdeaunadelazona pspre zonan)i aratisensul normal pozitivalcurentului principal prin tranzistor. Se pot defini trei cureni i trei tensiuni , dar pentrudescrierea funcionrii nu sunt necesare toate aceste ase mrimi. Tensiunile i cureniisunt legate prin realaia: u u ui i iCB CB EBE B C= += +

Tranzistorulpoatefiasimilatcuunnodncaresumaalgebricacurenilorestezero,decinumaidou tensiuniidoicurenisuntindependeni.Alegereamrimilorelectricecaredescriucomportarea tranzistorului se poate face n moduri diferite.Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 12Criteriul este urmtorul: se consider tranzistorul ca un diport (cuadripol), adic un bloc cu dou intrri i cu dou ieiri dar dat fiind faptul c tranzistorul are numai trei borne, una trebuie s fie comun intrrii i ieirii. Borna comun definete conexiunea tranzistorului. De exemplu: - emitor comun(EC) - baz comun (BC) - colector comun (CC) Tipuri de caracteristici. Pentruuntranzistordat,cureniirezultatuncicndsedautensiunileaplicatepejonciuni. Alegnd de exemplu pentru exemplificare conexiunea baz comun (BC): ( )( )i i u ui iu uE E EB CBc c EB CB==,, Grafic,acestefunciidedouvariabilecorespundladoufamiliidecaracteristici.ndescrierea tranzistorului bipolar se folosesc caracteristici : - de intrare: ( ) i i u u iE E EB CB C= , , parametri - de transfer:( ) i i u u iC C EB CB B= , , parametri - de ieire:( ) i i u u iC C CB EB B= , , parametri OBSERVAIE:tranzistorulvaficompletdescrisprinspecificareaadouseturidecaracteristici independente. Pentru comoditate ns se folosesc, dup caz, toate tipurile de caracteristici de mai sus, att n conexiune baz comun(BC), ct i n conexiunea emitor-comun (EC). 1.3.2 Principiul de funcionare (efectul de tranzistor) Efectul de tranzistor va fi explicat pe schema unui tranzistor pnp de pe figura de mai jos, care cuprinde dou jonciuni semiconductoare, jonciunea emitor-baz i jonciunea colector baz Ecuaii de dispozitiv.n funcionare normal, jonciunea colector-baz se polarizeaz invers iar jonciunea emitor-baz direct. Dac uKTqEB >> , atunciiE este mare iuEB constant cu valori tipice de ordinul 0.6-0.7 V (Si) sau 0.3-0.4 V (Ge).Pentru ca dou astfel de jonciuni s satisfac cerinele funcionale ale unui tranzistor cuplarea lor trebuie s satisfac dou condiii importante: a. jonciunea emitorului s fie puternic asimetric(tipp n+) ca urmareiE va fi un curent de goluri. b. baza s fie foarte subire n comparaie cu lungimea de difuzie a golurilor,astfel nct fluxul degoluri s ajung practic n totalitate la colector, decii iE C Examinnd, de exemplu circuitul din figur, putem determina mrimile electrice: Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 13 ( )u u R I uu u R IIu uRuRu uEE EB E E EBCC CB CCEEE EBEEEEEE EB= += += >>, I IC E iar u u R ICB CC CC= + . (calculul de mai sus e valabil dacuCB < 0). Comportarea tranzistorului ca amplificator.Dac presupunem o mic variaieuEB, aceasta provoac variaia luii iE C , i a luiuCB uRRuCBCEEB iaruEB va aprea "amplificat" dacR RC E< . Este de remarcat c rezultatul nu este edificator, deoarece aplicarea semnaluluin serie cu sursa de alimentare nu este deloc inspirat ( de obicei se "atac" printr-un condensator care blocheaz curentul continuu dar permite trecerea semnalului alternativ). Considerndi i constquKTC EEB |\

|.| . exp , iuqIKTgCEBCm= = ,undeICestecurentulcontinuun jurul cruia au loc variaiile produse de semnal, iargm este panta (tansconductana) tranzistorului. u R i g R uCB C C m C EB= = deci amplificarea n tensiune este g Rm C . Aceast amplificare poate lua valori mari. Deoarece i iC Etranzistorul amplific n putere, adic transfer curentul din circuitul de intrare de rezisten mic n circuitul de ieire de rezisten mare, de aici denumirea TRANSferreZISTOR adic rezisten de transfer. 1.3.3 Componentele curenilor prin tranzistor Vom considera un tranzistor pnp n conexiune baz comun polarizat normal, vom analiza separat curenii de electroni i curenii de goluri la cele dou jonciuni 0 ,,, ,CB p C Cr p E Cpn E p E EI i ii i ii i i+ = =+ = O parte din curentul de electroni injectat de emitor n baz se pierde prin recombinare, ca urmare, curentuldegoluriinjectatedeemitoricolectatatedecolectoresteiC p ,.Curentulpropriualjonciunii colectoruluiICB0 este susinut de purttori minoritari, electroni i goluri ( curent rezidual ). i i i i i i i I i i IB E C E p E n E p r CB E n r CB= = + + = + , , , , 0 0 unde iE n ,este curentul propriu de electroni al jonciunii emitorului. Se definete eficiena emitorului :EE pEE pE p E niiii i= =+, ,, ,( ) E1Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 14factorul de transport :EC pE pC pC p riiii i= =+,,,,( ) T 1 i i i i i I i i IE E p E n C E TE CB C FE CB= + = + = +, , 0 0unde F E T= este factorul de amplificare n curent n sens direct, n conexiuneaBC. O alt condiie pentru funcionarea eficace al tranzistorului este ca ICB00 ( s fie neglijabil ). 1.3.4 Descrierea funcionrii n regiunea activ normal conexiunea BC (baz comun) uKTqEB>> ,uCB < 0, uKTqCB>> = + i i IC F E CB0, undeF CBI ,0 sunt presupuse constante. conexiunea EC (emitor comun) C C CE CCB B EB BBI R u uI R u u+ =+ = Se va considera U constEB .nlocuind, obinem I I IC T B CE= + 0unde TFF= 1 este factorul de amplificare n curent (conexiunea EC),iar ( ) III ICECBFF CB C IB000 011 == + ==este curentul rezidual de colector n conexiuneaEC (msurat cu baza n gol). Noul factor de amplificare n curent poate avea valori mari (sute, zeci ). 1.3.5 Modelul de semnal mare (EBERS - MOLL) al tranzistorului bipolar a). modelul cu generatoare de curent controlate de curenii la borne Curentul de colector poate fi scris: i i IquKTC F E CBCB= |\

|.|

01 exp ,unde primul termen este curentul injectat de emitor n jonciunea colectorului iar al doilea, curentulpropriu al jonciunii colectorului. O relaie similar poate fi scris fcnd bilanul curenilor la jonciunea emitorului, astfel: ( ) = |\

|.|

i i IquKTE R C EBEB01 expsau i i IquKTE R C EBEB= +|\

|.|

01 exp undeResteunfactordeamplificarencurentinvers(intrarepecolectoriieirepeemitor)cuemitor scurtcircuitat la baz iarIEB0 este curentul de saturaie al jonciunii emitor-baz determinat cu colectorul n gol. Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 15 Figura de mai sus reprezint un circuit echivalent al tranzistorului care corespunde ecuaiilor Ebers-Moll. Ea cuprinde generatoare de curent constant comandate de curenii la bornele dispozitivului. b). Model cu generatoare de curent comandate de curenii prin diodeRezolvnd sistemul format i i IquKTi i IquKTC F E CBCBE R C EBEB= |\

|.|

= +|\

|.|

0011expexpobinem un alt set de ecuaii Ebers-Moll:i IquKTIquKTi IquKTIquKTE ESEBRCSCBC FESEBCSCB=|\

|.|

|\

|.|

=|\

|.|

|\

|.|

exp expexp exp1 11 1 unde IIESEBP R=01 ;IICSCBF R=01 ,iarIES este curentul de saturaie al diodei emitor-baz msurat cu colectorul scurtcircuitat la baz, iarICS este curentul de saturaie al diodei colector-baz determinat cu emitorul scurtcircuitat la baz. Circuitul echivalent coresponztor apare n figura alturat. FES RCSI I = deci cei patru parametriinu sunt independente. c Modelarea tranzistorului n diverse regiuni de lucru ModelulEbers-Mollestevalabilpentruoricepolaritateatensiuniloraplicatedinexterior.Considerm separat patru regiuni de lucru distincte care se deosebesc prin polaritatea tensiunilor aplicate din exterior. regimul de blocare (de tiere) al unui tranzistorpnp este caracterizat deuCB < 0 ,uEB < 0(ambele mari faa de KTqn modul) regimul normal de lucru (regiunea activ normal) uEB > 0 , uCB < 0 (jEB pd + jCB pi) regimul inversat de lucru (regiunea activ invers)uEB < 0 ,uCB > 0 regimul de saturaie( uEB > 0 , uCB > 0) ambele polarizate direct. d. Modelul Ebers-Moll pentru un tranzistor npn Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 16Trecnd de la un tranzistor pnp la unul npn, vomaplica tensiuni de polaritate opus i vom obine cureni de sens opus. Conveniade semn pentru cureni schimb n mod automat sensul normal pozitiv atunci cnd se trece la tranzistorul npn. u uEB BE= ,u uCB BC= 1.3.6. Caracteristicile statice ale tranzistorului bipolar 1.3.6.1. Caracteristicile statice n conexiunea baz comun (BC) caracteristicile de intrare i IquKTIquKTi IquKTIquKTE ESEBRCSCBC FESEBCSCB=|\

|.|

|\

|.|

=|\

|.|

|\

|.|

exp expexp exp1 11 prima ecuaiepoate fi interpretat cai i uE E EB= ( ) ca o caracteristic de intararepentruuCB < 0i IquKTE ESEB=|\

|.|

exp 1 este o caracteristic de diod, pentru uCB < 0uKTqCB>> obinem ( ) i IquKTI IquKTIE ESEBRCS ESEBES F=|\

|.|

+ =|\

|.|

exp exp 1 1 Caracteristicile de transfer( ) i i uC C EB=Caracteristica de transfer este dat de ecuaia urmtoare ca( ) i i uC C EB=i IquKTIquKTC FESEBCSCB=|\

|.|

|\

|.|

exp exp 1 1pentru u ctCB = .n funcionare normal ea difer foarte puin de caracteristica de intrare: ` ( ) i IquKTI IquKTI IquKTC FESEBCS FESEBCS R FESEB|\

|.|

+ =|\

|.|

+ exp exp exp 1 1Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 17 Caracteristicile de ieire aceste caracteristici pot fi interpretate fie pentrui constE=fie pentruu constEB =pentru iE= 0vom folosi ecuaia: i i IquKTC F E CBCB= |\

|.|

01 expcaracteristica iE= 0este urmtoarea:I IquKTC CBCB= |\

|.|

01 expiar pentrui ctE= . caracteristicile se obin prin translatarea curbei pe vertical pe distane egale: 1.3.6.2. Caracteristicile statice n conexiune emitor comun (EC) Prin scderea ecuaiilori IquKTIquKTi IquKTIquKTE ESEBRCSCBC FESEBCSCB=|\

|.|

|\

|.|

=|\

|.|

|\

|.|

exp expexp exp1 11 1 obinem: ( ) ( ) ( ) i i i IquKTIqKT u uB E C F ESEBF CS CE EB= = |\

|.|

+ +

1 1 1 1 exp expecuaie ce poate fi folosit pentru trasarea caracteristicilor de intrare Caracteristicile de intrare( ) i i uB B EB= pentru u ctCE= . Caracteristica uCE= 0este de asemenea detip diod: ( ) ( ) [ ]i I IquKTB F ES R CSEB= + |\

|.|

1 1 1 exp Caracteristica de transfer( ) i i uc C EB= pentru uCE = ct. ( ) i IquKTIqKT u uC FESEBCS CE EB=|\

|.|

+

exp exp 1 1dac uCE este suficient de negativ (pnp) iukTqEB>>,atunci obinem caracteristica de transferi IquKTC FESEB|\

|.| exp . DeciseobineocaracteristicexponenialiC=iC(uEB)ceeaceesteotrsturdebaza tranzistoruluibipolar.Formaexponenialacaracteristiciidetransferatranzistoruluinregiuneaactiv normal(RAN)trebuiereinutdeoareceeaestefolositcaatarenstudiulcomportriineliniarea tranzistorului n unele circuite electronice. Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 18

Caracteristici de ieire Cele mai folosite suntiC =iC (-uCE ) pentru iB = ct. ( ) i i i i iI qKT u uE C B CFFBCBFCE EB= + =+

1 110exp sau ( ) ( ) i i IqKT u uC F B F CB CE EB= + +

1 10exp; FFF= 1 n regiunea activ normal(RAN) uEB> 0, uEB = ct.PentruuCB = uCE + uEB < 0,1 V de exemplu( ) i i I I IC F B F CB FB CE + + = + 10 0. CaracteristicaiB = 0 nu este limita regiunii de tiere. Pentru a bloca tranzistorul eset necesar s blocm jonciunea emitor - baz. Curbelei constB =nu sunt orizontale, deoareceF depinde de limea bazei, de fapt curentul de colector crete cu creterea tensiunii colector-emitor 1.3.7. Polarizarea tranzistorului ntr-un punct dat de funcionare, n regiunea activ Dispersia parametrilor tranzistorului de la un exemplar la altul face ca s nu se poat pune baz pe caracteristicile acestuia. Situaia este foarte dramatic pentru tranzistorul n conexiunea emitor comun (EC), unde dispozitivul polarizat n regiunea activ normal poate fi caracterizat cu aproximaie de parametrii uEB , F , ICB0 unde dispersiauEB este mic, dar dispersia luiF , ICB0este foarte mare. u u R Iu u R II I IBB EB B BCC CE C CC F B CE= += += + 0(*) Punctul static de funcionare (PSF)se va gsi la intersecia caracteristiciiiB = IB = ct. ,undeIu uRBBB EBB= cu linia (*) care se numete dreapta de sarcin. Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 19 Pentru alt F , caracteristica iB =IB= ct. are alt poziie i PSF se schimb. Dac presupunem dreapta de sarcin dat , adic tensiunea de alimentare i rezistena de colector bine precizate, atunci fixarea (printr-o tehnic oarecare) a valorii curentului nseamn de fapt "imobilizarea" punctului de funcionare ntr-o poziie bine determinat. ncontinuareseprezintuncircuitdepolarizarecurezistennemitor,undepentrusimplitate vom presupune vom presupuneI i iCB C F B 00 ,( ) i iE F B + 1 .Schemadiferdeschema anterioar prin rezistena de emitor RE care introduce o "reacie negativ". ( ) [ ] B E F B EB E E B B EB BBI R R u R I R I u u 1 + + + = + + = ( )( )Iu uR RCF BB EBB F E=+ + 1 Se observ c IC , curentul de colector al tranzistorului presupus a funciona n regiunea activ normal, este independent de polarizarea colectorului dacF# ,atunciIC devine independent de F , pentru(F+1)RE>>RBlalimitamputeapuneRB=0#Iu uRI I ctEBB EBECFFE= =+ 1.dar aceast polarizare particularnu ne convine (RB = 0) deoarece semnalul care se aplic de obicei n baz ar fi scurtcircuitat. Schemele practice folosesc o singur surs de alimentare , dup cum se vede pe figura alturat: Dimensionarea rezisteneiRBneconducela valorimari,ceea cenu satisface condiiileenunatemainainte,osoluiemaibunestedivizorulrezistivdin baz.AplicndteoremaThveninlastngapuncteloraib,obinem echivalarea cu figura anterioar uRR R uRR RR RBB CCB=+=+21 21 21 2 Polarizarea tranzistorului cu generator de curent constant. n scheme practice apare frecvent acest mod de polarizare. Un generator de curent constant este construit cu unu sau mai multe dispozitive electronice. O schem simpl de generator de curent constant este cea de tranzistor cu rezisten n emitor i divizor de polarizare a bazei, reprezentatpe figura de mai jos: Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 20 I I Iu uRC EBB EBE0 = = ! Aplicaie ncircuituldinfigurademaijostranzistorularetensiuneabaz-emitorde0.7V.Seceresse determine punctul static de funcionare i s se specifice regimul de funcionare ntr-un caz simplificat se poate considera c E CI I , iar curentul de baz se poate neglija pe lng curentul care circul prin divizorul rezistiv.Se calculeaz potenialul bazei: E E BE BB CC BBR I U U V UR R RU + = = =+= ; 4 1230102 12 mAkVkV VR U UI IEBE BBC E13 . 33 . 33 . 37 . 0 4==== = ( ) V R R I U UC E C CC CE4 8 1 12 = = + = Din aceste relaii rezult c tranzistorul bipolar se afl n regimul normal de funcionare, deoarece ( )CE C U I ,se afl ntr-o poziie de mijloc ntre blocare i saturaie ! Aplicaie ncircuituldinfigurademaijostranzistorulare100 = itensiuneabaz-emitorde0.7V.Se cere s se determine punctul static de funcionare i s se specifice regimul de funcionare Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 21CBBE CBIRU UI == presupunndC C CC C B CR I U U I I >>> BCBE CCC BE CC C CB CBBE C C CC CRRU UI U U R IR IRU R I U I+= = + = ,iarC CEU U =Cu valorile numerice din schem rezultmA IC5 . 1 = i V U UC CE5 . 4 = = , regim liniar. 1.3.8.Limitri n funcionare datorat variaiei temperaturii i disipaiei de putere 1.3.8.1 Variaia caracteristicilor electrice cu temperatura Un tranzistor care funcioneaz n regiunea activ normal (RAN)poate fi caracterizat cu aproximaie de parametriiuEB (uBE) , F , ICB0 .Pentru variaia lui uEB i ICB0 vom prelua rezultatele cunoscute de la jonciunea pn: uEBscade cu temperaturacu o rat de 2-2,5 mV/ 0C laiE = ct.ICB0crete cu temperatura dup o lege exponenial dificil de prezis (orientativ ICB0sedubleaz la fiecare cretere de circa 10 oC) cnd nu este dat n catalog Fvariaia cu temperaturapoate fi estimat dup formula: F F FT TT TK =

( ) ( )00T0 =25 0C ,K =100 0C (Si) , 500C (Ge) Pe baza acestora se poate vedea cum se modific caracteristicile statice cu creterea temperaturii. 1.3.8.2 StabilizareaPSF n raport cu variaiile de temperatur S considerm un tranzistor n conexiune emitor comun (EC), polarizat cu iB=IB=constant. Punctul static de funcionare se va gsi la intersecia caracteristicii iB=IB cu dreapta de sarcin static.Dac temperatura crete, caracteristicile se vor deplasa n sus i punctul static de funcionare se va deplasa i el pedreaptadesarcinspre curenide colectormaimari.Pentruareducedeplasarea punctuluistaticarfi indicatcacircuitulsasigureoscderealuiIBcutendinadeameninecurentuldecolectorconstant (IC=constant). Adic ar fi de dorit ca BI s scad cu creterea T ca s rmn curentul de colectorIC = ct. , de aici rezult importana circuitului de polarizare n stabilizarea PSF. Vom prezenta n continuare una din cele mai des ntlnite procedee de stabilizare a punctului static de funcionare. Pentru ilustrare vom considera din nou schema de mai jos, ns fr a mai neglija de aceast datcurentul rezidual al jonciunii baz-emitor ICBO . uBB= RB IB + uBE ;IC = F IB + (F +1)ICB0 + RE IE IE =IB + IC= (F + 1)IB + (F + 1)ICB0 uBB - uBE = RBIB+ RE (F + 1)IB + RE (F + 1)ICB0 Iu uR RR IR RBBB BEB F EE F CBB F E=+ +++ + ( )( )( ) 1110 ( )( )( )( )( )( )( )( )00001) 1 (1) 1 (111) 1 (CBE F BE BFE F BBE BB FCB FE F BCB F E FE F BBE BB FCB F B F CIR RR RR Ru uIR RI RR Ru uI I I+ +++ ++ +== + ++ +++= + + = iaruCE = uCC - RCIC - REIE= uCC - (RC + RE )IC Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 22 Stabilizarea PSF la variaia temperaturii se reduce la stabilizarea lui IC (tensiunea colector-emitor rezult din relaiile de mai sus) Creterea temperaturiiduce la creterea curentului de colector IC prin intermediul tuturor celor treiparametri (uBE , F , ICB0). Problema care se pune este, cum poate fi minimizat creterea lui IC prinalegerea elementelor circuitului ? Pentru a insensibiliza pe IClavariaiile lui F trebuie aleas o rezisten( ) R RB F E =minmax0.Curentulmaximdelucrusedterminlund U VCEsat = 05 .ca limitare pentru evitarea saturaiei. Se obine: I IU U VR RC CCCC EMAX< = ++( , )max00 5 ! Aplicaie ncircuituldinfigurtranzistorulbipolarareF EBU V = 0 99 0 2 . , . iI ACBO = 2 .ntrece limite putem gsi punctul static de funcionare dac rezistenele din circuit au tolerane de 5% ? n relaia :I I IC FE CBO= + vomluaF 1iICBO 0.Pentruvalorilenominaleale rezistenelor se calculeaz: V I R U U mAR U UI IC C CC CBEEB EEE C2 . 6 9 . 2 2 12 ; 9 . 222 . 0 6 = + = + = === =Limitele ntre care poate varia curentul prin tranzistor sunt: mARU UI I mARU UI IEEB EEE CEEB EEE C76 . 21 . 22 . 0 6; 05 . 39 . 12 . 0 6maxmin minminmax max=== = === =Valorile extreme ale tensiunii de colector se calculeaz astfel: ( ) V I R U UC C CC CB76 . 6 76 . 2 9 . 1 12min min max= = = ,( ) V I R U UC C CC CB60 . 5 05 . 3 1 . 2 12max max min= = = Loculgeometricalpunctelordefuncionareestereprezentatnfigurademaijos,undemaisunt reprezentate dreptele statice de funcionare pentru valorile extreme ale lui RC. Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 26! Aplicaie n circuitul din figur tranzistorul npn are parametrii F R= = 0 99 06 . , .iI AES= 2 . se cere s se determine punctul static de funcionare( ) I UC CE, . n ipoteza funcionrii n regiunea activ normal tranzistorul este descris cu aproximaie de re;aiile: ( ) i i I i IqukTI I IIC F B CBO E ESBECBO F R CS CSF ESR= + =|\

|.| = = ; exp ; ; 1 Ecuaiile circuitului se obin aplicnd legile lui Kirchhoff circuitului de baz (care cuprinde jonciunea baz-emitor) i respectiv circuitul de colector: U R i U R iU R i U R iBB B B BE E ECC C C CE E E= + += + +; lacaresemaiadaugi i iE C B= + .Obinemastfelunsistemdecinciecuaiicucincinecunoscute ( ) I I I U UE B C BE CE, , , , , una din ecuaii fiind neliniar. Vom estima IE presupunnd pentru nceputUBE 0 iICBO 0; I I ICFFB FB==1 IURRmAEBBBFE=++=+= 1630010031apoiobinem:UkTqIIVBEEES= = = ln . ln . 0 026 500 016 .AceastavaloarealuiUBEvaficonsiderat suficient de precis pentru calculul curenilor (ceea ce se poate verifica prin ncercri succesive). fr a mai neglija de aceasta dat pe ICBO (calcul mai precis) obinem: ( ) ( )( )( )IU UR RI R RR RmACF BB BEB E FCBO E B FB E F=+ +++ ++ +=( ).111103AproximndI IC Eobinem:( ) U U R I R I U R R I VCE CC CC EE CC C E C= + = 4 8 .Deoarece tensiunea colector-emitor este pozitiv i suficient de mare, tranzistorul nu este saturat ! Aplicaie n circuitul din figura de mai jos tranzistorul are F cuprins ntre 100 i 200 , tensiunea baz-emitor de 0.6V . Se cere s se determine poziia punctului static de funcionare n planul caracteristicilor de ieire ( ) i i uC C CE= .PresupunndRCvariabil,ssedetermineplajadevaloripecareopoateluaastfelca tranzistorul s funcioneze n regiunea activ normal Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 27 Cu o echivalare Thvenin la stnga bornelor A,B se obine circuitul echivalent din figura a doua, unde: URR R U V RR RR RkBB CC B=+= = =+==21 21 21 2103018 61020306 66 , . Se rezolv sistemul de ecuaii: U R I U R II I II IU R I U R IBB BB BE e eE B CC FBCC CC CE EE= + += +== + +;;;; cu necunoscutele: IE, IB, IC, UCE . Din primele trei ecuaii rezult expresia curentului de colector: ( )( )IU UR RCF BB BEB F E=+ + 1 valoareindependentdeRC,atttimpcttranzistorulfuncioneaznregiuneaactivnormal. Introducnd valori numerice se obine I mAc = 2 59 .pentruF= 100I mAc = 2 64 .pentruF= 200 CurentuldecolectordepindefoarteslabdefactoruldeamplificarencurentFDinpunctde vedere matematic, ICindependent de factor de amplificare se asigur prin: ( ) F E BR R + >> 1AceastaechivaleazcuneglijareacderiidetensiunepeRBncircuitulbaz-emitor.Caurmare, potenialul bazei fa de punctul de referin este aproximativ constant i egal cu UBB ,iar : I IU URmAC EBB BEE ==6 0 622 7..Cu ajutorul divizorului pe baz i al rezistenei din emitor, tranzistorul este polarizat la un curent constant, aproximativindependentdetranzistor.Neglijndcurentuldebazfadecurentuldecolector,obinem aplicnd teorema a II-a a lui Kirchhoff: ( ) U U R RICC CE C E C + +care este ecuaia dreptei de sarcin reprezentete n figura de mai jos: Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 28Punctul static de funcionare se vagsi pe aceast dreapta de sarcin, la curenii cuprini ntre 2,59 i 2, 64 mA. LundI mA U VC CE= = 2 6 7 6 , , RC min = 0 iRU UIR kCCC OCE maxmax,,, = = =18 0 52 642 4 63 Valoareamaximsecalculeazastfelncttensiuneacolector-emitorlacurentdecolectordevaloare maximsnuscadsubvaloareadesaturaie,consideratnacestcazdeovaloareacoperitoarede 0,5V. 1.4 Tranzistoare cu efect de cmp cu jonciune 1.4.1 Generalitti.Principii de funcionare.Simboluri. Noatii. Tranzistoarele la care conduciaelectric este asigurat de un singur tip de purttor de sarcin se ntlnesc n literatura de specialitate sub denumirea de tranzistoare unipolare sau tranzistoare cu efect de cmp.PentruacestetranzistoaresefolosestecurentprescurtareadetranzistoareTECsauFET(Field EffectTransistor).Funcionarealorsebazeazapevariatiaconductibilitatiiunui"canal"dintr-unmaterial semiconductor,alecaruidimensiunitransversalesauconcentratiidepurtatoridesarcinamobilipotfi controlate cu ajutorul cmpului electric transversal, creat ntre un electrod de comanda numit poarta (gate) situat n vecinatatea canalului i masa semiconductorului unde este format sau indus acest canal.Tranzistorul cu efect de cmp cu jonciune (TECJ) funcioneaz cu purttori majoritari (electroni n canalul n , vezi figura de mai jos, respectiv goluri n canalul p) Tranzistorul cuefectdecmp cujonciune (TECJ)afostpropusdeSchockleyn1952iesten esen un rezistor a crui seciune este controlat de grosimea regiunii sarcinii spaiale a unei jonciuni pn. Termenul de efect de cmp este legat de existena cmpului electric n zona de sarcin spaial , cmp a crui intensitate este determinat de tensiunea aplicat pe terminalul poart (gate). Figura de mai jos arat un tranzistor cu efect de cmpcujonciune realizat n construcie planar-epitaxial. Conducia are loc ntr-un canal n ntre contactele surs (care emite electroni) i respectiv dren (care i colecteaz). Electrodul denumit "poart" contacteaz zona difuzat p+ care mpreun cu substratul p+ delimiteaz canalul n. Jonciunea pn poarta-canal este polarizata invers, iar grosimea regiunii de sarcina spatiala asociata acestei jonciuni face ca sectiunea conductiva a canalului (regiunea n neutra) sa fie mai mic dect distanta dintre cele doua jonciuni. Aceasta sectiune este controlabila electric prin diferenta de potential care exista ntre poarta i canal. Simboluri grafice Observatie.isubstratulp+poatefifolositcaelectrodpoarta.Dacestelegatlaacelasipotentialcu propriu-zisa,atunciseobineun"efectdecmp"aproximativsimetricfatadeaxalongitudinalaa dispozitivului.Dar substratulpoatefifolosit caunalpatruleaelectrod,independent,cazncareseobine "tetroda cu efect de cmp". Tranzistorul cu efect de cmp cu jonciune are avantaje importante fata de tranzistorul bipolar: -dependenta de temperatura mai redusa a caracteristicilor (nu sunt purtatori minoritari) -rezistena de intrare (pe electrodul poarta) foarte mare (sute, mii de M, pentru ca iG=0) -inexistenta tensiunii de decalaj (tensiunea drena-sursa este zero la curent de drena zero) Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 29-zgomotul mai redus PedealtaparteTECJnuamplificancurent,iaramplificareantensiuneestemaimic.Deobicein circuiteleelectronicediscretesentlnesteincombinatiecutranzistorulbipolar(seexploateaza avantajele ambelor tipuri de tranzistoare) Trebuie remarcat faptul ca sageata din simbolul grafic in acest caz desemneaza o jonciune pn (sensul sagetiidelaplan).Curentuldepoartestefoartemic(deordinulnA)ivaficonsideratpracticnul. Curentul de drena iD este normal pozitiv: intran drena tranzistorului cu canal n (electrod care evacueaza electroni) i iese din drena tranzistorului cu canl p. Curentul de surs este egal cu cel de dren. 1.4.2 Caracteristicile statice ale TECJ a.Caracteristici de ieire( ) i i uD D DS= cuu cons tGS= tan parametrunumitei caracteristicidedren.Pentruoanumitvaloareatensiuniipoarta-surs,numitetensiuneadeprag TU (threshold), dac negativarea portii creste, grosimea efectiva a canalului scade i se anuleaza precum i curentul de drena. pentru tensiuni uDS mici cu uGS=constant caracteristicile sunt: i GuUuD OGSTDS= |\

|.|

112 Aceste caracteristici sunt schiate pe figura de mai jos: undeGOesteconductantacanaluluilatensiunepoarta-sursa nula.Liniilesunttrasateincadranulaltreilea(darnumaipentru tensiunimici!)pentruaaratacatranzistorulsecomportacao conductantaliniaripentrutensiunidrena-sursamici.TECJeste folositnregiunealiniarlatensiunimicidrena-sursacarezistena controlatantensiune.Aiciconductantadrena-sursaesteidenticacu conductantacanaluluiirezistenadrena-sursaestefunctieliniarde tensiunea poarta-sursa aplicata. Pentru calcule practice se poate aproxima rezistena canalului cu expresia empirica:rrKUdGS=01 unde r0 este rezistena pentru tensiune poarta-sursa nula, iar K este o constanta a tranzistorului. Pentru valori mai mari ai tensiunii uDS avem urmtoarele caracteristici de drena: Acestecaracteristicisuntliniarenumailatensiunidrena-sursafoartemici,pentrutensiunimaimari,distingemazona neliniar,ozonadesaturaieacurentuluidedrena(aici curentuldedrenadepindefoarteslabdetensiuneadrena-sursa),dupcareurmeazaozonadecretereabrupta (strapungere) a curentului, nemarcata pe grafic. Zonaneliniarestecaracterizatadeu uDS DS sat,,undeiDestepracticindependentdeuDS.Pentrucalculese foloseste aproximatia parabolica a acestei caracteristici: i i IuUD D sat DSSGST= = |\

|.|,12 Grafic, caracteristica static de transfer se prezint n figura urmtoare. Zona preferat de lucru este cea de la cureni mari, acolo unde i panta caracteristicii este mai mare. Aici curentul scade cu creterea temperaturii (laconst UGS= ) dar problema ambalrii termice nu se pune n cazul TECJ. 1.4.3 Polarizarea tranzistorului cu efect de cmp cu jonciune(TECJ) Figura de mai jos prezint un circuit n care polarizarea porii fa de surs se asigur prin cderea detensiunedatdecurentuldesursaiDperezistenaRS.Aceastatensiuneesteaplicatapepoartaprin rezistena RG , care are valori de ordinul M. Deoarece u R iGS S D= punctuldefuncionarenplanulcaracteristiciidetransferpoatefi determinat prin intersectia dreptei de mai sus numite dreapta de polarizare, ca n figura. datorit dispersiei caracteristicilor(variatiatensiuniidepragladiferitecdispozitive),caracteristica( ) i i uD D GS= estensa nesigura..Pentruopolarizarecorecta,binedeterminata,liniadepolarizaretrebuiesaintersecteze caracteristicile de transfer ntre punctele A,B, lucru deloc usor de realizat. Atuncicndesteimpusundomeniufoartemicpentruvariatiacurentuluidedrena,serecomanda polarizare cu divizor rezistiv pe poarta Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 31 u U i RGS GG D S= URR RUGG DD=+22 1 asigurndastfelopolarizarecorect,respectndlimiteleimpuse,lucruimposibilderealizatcuschema anterioar. 1.4.4 Circuitul echivalent de semnal mic La frecvene joase comportarea tranzistorului este cvasistaionar i modelul de semnal mic poate fi dedus prin liniarizarea caracteristicilor n jurul unui punct de funcionare.Definirea parametrilor circuitului echivalent se face plecnd de la: ( ) i i u uD D GS DS= ,difereniind: diiuduiuduDDGSGSDDSDS= + trecnd la variaii finite (dar foarte mici): i g u g uD m GS d DS= +definim panta sau transconductanta: giuiumDGS uDGS UDS DS= si conductanta de dren sau de ieire giuiu rdDDS uDDS udGS GS= =1unde rd este rezistena de drena. Dac tranzistorul este polarizat n regiunea activa normala, atunci panta gm i rezistena de drena rd au valori mici. Valoarea maxim a pantei se poate calcula: giuIUuUguUmDDS uDSSTGSTmGSTDS= = |\

|.| = |\

|.|21 10 undegiuIUUmDGS UDSSTTGS0020 0 = = > = + = 16 1 8 7 1 3 2pentru primul punct de funcionare iU V U VDS DSsat= = > = + = 16 133 10 67 4 133 4 2 67 . . . .pentru al doilea punct de funcionare. DacR kD = 2 7 . obinemU V U VDs Dssat= > = 4 2 2 . nprimulcazi U V U VDS DSsat= < = 0 28 2 67 . . .nacestaldoileacaztranzistorulcuefectcmpnufuncioneazn regiuneadesaturaie.Caurmare,nicicaracteristicaparabolicnuestevalabiliarvaloriledeterminate anteriorpentruIDiUGS(aldoileapunctstaticdefuncionare)nusuntcorecte.Dacexistdispersia enunat atunci rezistenaR kD = 2 7 . nu este aleas corect. 1.5 Tranzistoare cu efect de cmp MOS 1.5.1 Generalitati.Principii de funcionare.Simboluri. Notatii TranzistorulMOSesteundispozitivelectronicbazatpeconduciacurentuluielectriclasuprafata semiconductorului.Proprietileconductivealesuprafeteisemiconductoruluisuntcontrolatedeuncmp electricaplicatprintr-unelectrodizolatdesemiconductor(poart).Acesteaspecteconstructivedefinesc familiatranzistoarelorcuefectdecmpcupoartaizolatsau,pescurt,TEC-MIS(tranzistorcuefectde cmp-metal-izolator-semiconductor).Izolatorulfolositesteunstratsubiredeoxid(SiO2)crescutprin oxidareatermica suprafeeisiliciului(deundedenumireaTEC-MOS,adictranzistor cuefectdecmp-metal-oxid-semiconductor). Poarta este realizat, de regul din aluminiu, dar poate fi realizat i din alte materiale, de exemplu siliciu policristalin puternic dopat. Conduciaserealizeazpesuprafaasubstaratuluidesiliciu,ntredouazonecutipde conductivitate opus celui al substratului; cele dou zone se numesc surs (S) i dren (D). Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 34nfigurs-a consideratunsubstratdetipn;nacest caz sursa idrena suntdetipp.Pentrua seputea stabiliuncurentelectricntresursaidrena,suprafaasemiconductoruluitrebuieinversatcatipde conductivitate, adic s devin de dip p. n acest caz, la suprafaa apare un canal conductor, de tip p., care leagsursadedren.Inversareatipuluideconductivitateasuprafeei,precumicontrolulrezistivitii canaluluisefacedectrepoart.SimbolurilegraficepentrutranzistoareMOScucanalnipsunt prezentate n continuare: De obicei n aplicaii obinuite substratul se leag la surs, dar exist dispozitive la care substratul apare ca un terminal separat. Se observ aceeai semnificaie pentru sgeata din simbolul grafic. 1.5.2 Caracteristicile statice ale tranzistorului MOS Fie un TEC-MOS cu canal n (cel cu canal p se descrie identic) la care substratul se leag la surs. Tensiunile de poart UGS i de dren UDS sunt pozitive. Pentru tensiuni de poart mai mici de tensiunea de prag UT nu apare canal la suprafata i ca urmare curentul de drena ID este nul.Dac tensiunea de poarta depaseste valoarea de prag, ntre sursa i drena se formeaza un canal n care permite conduciacurentului electric (cu att mai bine cu ct tensiunea UGS este mai mare). CaracteristicilestaicealetranzistoruluiMOSreprezintdependenacurentuluidedrendetensiunilede poart i de dren: ( ) I I U UD D GS DS= ,Caracteristicile de dren sau de ieire au aceeasi forma ca i n cazul TECJ, se pot deosebi o zon cvasiliniar i a zona de saturaie: Ecuaia caracteristicii statice n regiunea cvasiliniar este: ( ) I U UUUU UD GS T DSDSDS DS sat=

< < 2202 ,, unde este un parametru constructiv al tranzistorului. tensiunea de saturaie are forma aproximativ: U U UDS sat GS T , n zona de saturaie curentul de drena are o valoare constant n raport cu UDS pentru tensiuni mai mari ca tensiunea de saturaie, i caracteristica static de transfer are urmtoarea form: ( ) I U U U UD GS TmDS DS sat= > ;, unde m este un coeficient cuprins ntre 1 i 2 , dar de obicei n calcule mai simple se utilizeaz: ( ) I U U U UD GS T DS DS sat= > 2;, Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 35n figura de mai jos se reprezint aceast caracteristic pentru un tranzistor MOS cu canal n Observaie.Dinpunctuldevederealdependeneide temperatur, tranzistorul MOS prezint avantaje deosebite fa detranzistoarelebipolare.Lacretereatemperaturii,curentul dedren scade,dardependenaestefoarteslab.Caurmare tranzistoareleMOSnuprezintfenomeneledestrpungere secundar i ambalare termic. n figura urmtoare este prezentat caracteristica static de transfer pentr un TECMOS cu canal p n cazul TECMOS cu canal p ambele tensiuni UGS, UDS sunt negative. Aceste tranzistoare au canal indus prin aplicarea unei tensiuni UGS mai mari dect valoarea de prag. Unele tranzistoare prezint canal chiar la tensiuni poart-surs nule( ) UGS = 0i se numesc tranzistoare MOS cu canal iniial. Aceast situaie se ntlnete n special la tranzistoare cu canal n. Un asemenea tranzistor poate lucra cu orice polaritate a tensiunii de poart. Dac tensiunea de poart este pozitivUGS > 0,regimulsenumeteregimdembogiredatoritcreteriiconcentraieideelectronin canal; dac tensiunea de poart este negativUGS < 0, regimul poart denumirea de regim de srcire i duce la scderea concentraiei de electroni din canal pn la dispariia lui (laU UGS T= ) Caracteristicile de transfer pentru TECMOS cu canal iniial n i p sunt prezentate n figurile urmtoare: TECMOS cu canal p iniialTECMOS cu canal n iniial 1.5.3 Polarizarea TECMOS alegerea unui anumit punct static de funcionare se face n functie de scopul dorit: obinerea unei anumite pante, folosirea unei regiuni ct mai liniare a caracteristicilor, etc Pentru tranzistoare MOS cu canal indus tensiunile de poarta i de drena au aceeasi polaritate. ca urmare, pentru polarizare se poate folosi un circuit simplu, cu o singura sursa de curent continuu, cum se vede pe figura: U URR RGS DD=+21 2 pe baza caracteristicii de transfer se poate determina curentul ID; tensiunea de dren este atunci: U U R IDS DD DD= Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 36 Tranzistoarele MOS cu canal iniial trebuie polarizate astfel nct tensiunea de poart s poat cpta att valori pozitive ct i valori negative. n figura de mai jos se prezint un astfel de circuit de polarizare, cu o singur surs de alimentare. Tensiunea de poart se calculeaz cu relaia: U URR RR IGS DD S D=+21 2 Seobservposibilitatearealizriiambelorsemnepentrutensiuneade poart.CircuiteledecurentcontinuualetranzistoarelorMOSnuau,de regul,sarcinastabilizriitermiceapunctelorstaticedefuncionare, datorit dependentei slabe de temperatur a caracteristicilor statice. ! Aplicaie Tranzistorul MOS din figur are 225 . 0 V mA = iV UT4 = . Se cere s se calculeze :DS D GSU I U , , Soluie: V UR R RUDD G6 1210 10102 12=+ += , unde V U UG GS6 = = ( ) ( ) mA U U IT GS D1 4 6 25 . 02 2= = = V U U U V R I U UT GS DSsat D D DD DS2 9 1 3 12 = = > = = =Din rezultatele obinute se vede c tranzistorul MOS se afl n regim de saturaie (DSsat DSU U > ) ! Aplicaie Tranzistorul MOS din figur are 2125 . 0 V mA = iV UT2 = . Se cere s se calculeze :DS D GSU I U , , Soluie: V UR R RUDD G4 126 3 32 12=+ +=( ) mA U U IT GS D5 . 4 ) 2 4 ( 125 . 02 2= + = = V R I U U R I U US D G GS S D GS G2 . 3 4 . 0 5 . 4 4 = = = + =V U U U V R R I U UT GS DSsat S D D DD DS6 7 . 5 4 . 1 5 . 4 12 ) ( = = < = = + =Din rezultatele obinute se vede c tranzistorul MOS se afl n regim de saturaie (DSsat DSU U > ) Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 37 1.5.4 Regim variabil de semnal mic.Schema echivalenta de semnal mic. UtilizareatranzistoarelorMOSncircuitedeamplificarenecesitastabilireauneischeme echivalente pentru regimul variabil de semnal mic. Tranzistorul MOS lucreaza n regiunea de saturaie. Dacfrecventasemnaluluiestejoasasepoateadoptaipotezacvasistationara,potrivitcareia dependentantrevalorileinstantaneealemarimilorelectrice( ) i u uD GS DS, , esteaceeasicancurent continuu, conform relaiei: ( ) i u UD GS Tm= difereniind oinem: diiuduiuduDDGSGSDDSDS= + notnd variaiile mici de semnal:du u du u di iDS d GS g D d= = = , , , rezulta o relaie ntre componentele variabile ale mrimilor electrice: ( ) ( ) i m U U u U Uuu g ur ud GS Tmg GS TmDSd m gdd= + = +1 1 unde s-au utilizat urmtoarele notatii: gm panta tranzistorului la frecvente joase data de: ( ) g m U UmIU Um GS TmDGS T= =1 rd rezistena difereniala canalului n regiunea de saturaie: ( )1rU UuIudGS TmDSDDS= = Pe baza acestora se poate realiza schema echivalenta la semnale mici: La frecvene nalte trebuie luate n considerare capacitile ntre electrozi, asa cum se indic n figura de mai jos Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 38SINTEZA UNOR DISPOZITIVE ELECTRONICE FUNDAMENTALE Denumire/ Simbol grafic Caracteristica de intrareCaracteristica de transferCaracteristica de ieire Tranzistorbipolar pnp Tranzistor bipolar npn Comand n putere TEC-J canal n TEC-J canal p TEC-MOS canal n iniial TEC-MOS canal p iniial TEC-MOS canal n indus TEC-MOS canal p indus Comand n tensiune Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 39 1.6 Dispozitive multi- i unijonciune 1.6.1 Introducere Dispozitivelemultijonciuneautreisaumaimultejonciuni,aulabazastructurapnpn,careare patru straturi i trei jonciuni i care, datorit caracteristicii sale statice curent-tensiune cu dou stri stabile, se folosete n circuitele de comutaie. Vor fi tratate n acest capitol urmtoarele dispozitive multijonciune: dioda pnpn, tiristorul convenional, tiristorul tetroda, diacul, triacul. Acestedispozitivemultijonciune suntfolositencircuitedeimpulsuri,ncircuitepentru conversia energiei electrice, circuite de comutaie. 1.6.2 Dioda pnpn Diodapnpnesteostructuradesiliciumonocristalincupatruzonealternativdopatecuimpuriti acceptoareidonoare.nfigurademaijosesteprezentetschematicmodelulunidimensionalalacestui dispozitivcutreijonciuni(J1,J2,J3).Zoneleextrememaiputernicdopatesenumescemitori,iarzonele interioaresenumescbaze.Emitorp1+semainumesteanod,iaremitoruln2+catod.Jonciunileseaflala distantemicintreele,astfelcaregiunileA-J3iJ1-C sapoatandeplinifunctiadetranzistor.Diodapnpn se mai numeste i dioda Shockley, dinistor sau dioda cu patru straturi. Simbolul grafic al acestui dispozitiv, precum i sensurile pozitive pentru curent i tensiune sunt prezentate n figura de mai jos: Caracteristica statica este aratata n aceeasi figura: npolarizareinversajonciunileJ1,J3suntalimentateinvers,iarjonciuneaJ2directicaurmare curentulprindispozitivarevalorimici,deordinulcurentuluiinversprintr-ojonciunepn.Laoanumita valoareatensiuniiinverseUB(breakdown)curentulinversprindiodacrestefoarterapiddatorit strapungerii prin multiplicarea n avalansa a purtatorilor de sarcina a jonciunii J1 sau J3. npolarizaredirectavemdouastaristabile.unacaracterizataprincurentmicitensiunemare (rezistenamare),deblocare,altaprincurentmareitensiunemic(rezistenamic),deconductie. Crescndtensiuneadirectpedioda,curentularevalorimici,practiccurentulinversaljonciuniicentrale polarizateinvers.Laotensiunenumitade aprindere(deamorasare) notatacu UBOdispozitivul comutan cealalta stare stare stabila, cea de conductie.Regiunea O-A se numeste regiune de blocare, iar regiunea B-Cdeconductie.PortiuneaintermediaraA-Bderezistenadinamicnegativaesteinstabila.Comutarea inversaarelocatuncicndcurentuldirectsautensiuneadirectscadsubvaloriledementinereIH, respectivUH.PentruastudiafenomenelefizicedinstructuardiodeipnpnseadoptamodelulluiEbers,i anume descompunerea structurii pnpn n doua tranzistoare T1 pnp i T2 npn conectate ca n figura de mai jos: i i Ii i IC F E CBC F E CB1 1 1 012 2 2 02= += + Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 40unde F suntfactorideamplificarencurentdirect,iar 0 CBI suntcureniirezidualidecolector. Prin jonciunea centrala va trece curentul : i i i i i IA C C F A F A O= + = + +1 2 1 2 2 , undeI I IO CBO CBO 2 1 2= +este curentul rezidual al jonciunii J2. Din relatia anterioara rezulta: ( )iIAOF F= +21 21 de unde condiia de amorsare: F F 1 21 + = . n momentul amorsrii, la jonciunea J2 apare multiplicarea n avalan a purttorilor, ce atrage dup sine o cretere puternic a curentului iA.Tensiunea la care se realizeaz amorsarea este denumit tensiune de autoamorsare,notatcu 0 BU .Amorsareadiodeipnpnprincretereatensiuniianodicereprezintmodul normal de funcionare. Exista ns i moduri parazite de amorsare, prin creterea temperaturii sau printr-o variaie brusc a tensiunii anodice, moduri ce trebuie evitate la o funcionare normal. 1.6.3 Diacul Diacul(Diodealternatingcurrent)esteundispozitivmultijonciunecareareproprietatilediodei pnpn n ambele sensuri de conductie. Dispozitivul are cinci straturi i patru jonciuni, poate fi considerat ca fiindrealizatdindouastructuripnpnasezateantiparalelnacelasimonocristaldesiliciu.Diaculare conduvctibilitate bidirectionala, cei doi electrozi ntre care circula curentul principal iT se numesc terminal T1 i terminal T2. Laaplicareauneitensiunipozitive(vezifiguraurmtoare)structuradindreaptaestepola-rizata direct, se amorseaza la o tensiune de amorasare naturala i are caracteristica din cadranul I. Cnd polaritatea tensiunii se inverseaz, intr n conducie structura din stnga, rezultnd ramura simetricacaracteristicii.Estededoritcatensiuniledeamorsaresfieegale,pentruocaracteristic simetric.Datoritcaracteristiciibidirecionale,simetrice,diaculsefolosetencircuiteledecurent alternativ,fiindundispozitivdeputeremic,seutilizeazncircuiteledecomandaletiristoarelori dispozitivelor triac. 1.6.4 Tiristorul conventional Tiristorul este o structur pnpn prevzut cu electrod de comand prin conectarea zonei p adiacente catodului, dup cum se vede pe figur: Electrodul de comanda, poarta, G (gate), anod i catod sunt cele trei terminale ale tiristorului. Acest tiristor se numeste "conventional" deoarece el constituie varianta cea mai des ntlnit. Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 41Amorsareatiristoruluiserealizeazaprininjectareaunuicurentpepoarta,laotensiunemaimic dect cea de autoamorsare sau la tensiunea de autoamorsare fara curent de poarta, mod utilizat foarte rar sau deloc. Denumireade"tiristor"provinedelanumeleunuitubulelectroniccugazcufuncionare asemntoare numit tiratron (TIRatron transISTOR) Analiza fenomenelor fizice ce au loc la amorasarea tiristorului prin injectarea unui curent de poart sepoatefaceechivalndstructuracudoutranzistoarecomplementare,cancazuldiodeipnpn,dup cum se vede pe figura urmtoare: Avem relatiile: ( ) i i i Ii i IC F A G CBC F E CB2 2 021 1 1 01= + += + prin jonciunea J2 circul curentul: ( )( )i i i i I ii IA F A F A G CB AF G OF F= + + + =+ + 1 2 022 21 21 Aceastrelaieindicposibilitateacreteriinelimitateacurentuluiprinstructur,daceste ndeplinitcondiiadeamorsare,amorsareapoateavealoclaotensiuneanodicamaimicdect tensiuneadeautoamorsare.Proceselefizice suntaceleaicala amorsarea diodeipnpn,deosebireafiind cainiiereaamorsriiesteprovocatprininjectareaunuicurentiGprinjonciuneaJ3inuprincreterea tensiuniianodic.Dependenafactorilordecurentdecurentulprindispozitivstlabazaprocesuluide amorsare a tiristorului. Urmrind caracteristicile statice curent-tensiune, se observ c la cureni de poart mai mari tensiunea de amorsare este mic, peste o anumit valoare a curentului de poart, amorsarea are loc pe curba punctat, ca la o jonciune pn (tiristorul este de fapt o diod comandat).nfuncionarenormal,tensiuneaanodictrebuiesfiemaimicdecttensiuneade autoaprindere UBO.Pentru comutare direct se aplic un curent de poart cruia i corespunde o tensiune de aprindere UA > 0 0 ,modul II u uT G> < 0 0 ,modul IIIu uT G< < 0 0 ,modul IVu uT G< > 0 0 ,Triacul se foloseste n circuitele de reglare i comand a puterii de curent alternativ. tensiunea de autoaprinderetrebuiesfiemaimaredectvaloareadevrfaplicattriaculuintreceledouterminale pentru a asigura amorsarea dispozitivului pe poart la orice valoare instantanee a tensiunii de alimentare. Comanda porii se face prin tensiune continu, tensiune alternativ redresat (nefiltrat), alternativ sau n impulsuri.IPRSBaneasproducetriacede6(deexempluTB10N6pentru600V),respectiv10A, (TB10N6), diace de 32, 38, 44, 50 V (DC32, DC38, DC44, DC50). Pentruaplicaiideputereserecomandutilizareatriacelorcuradiatorpentrueliminareaputerii disipate. Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 43! Aplicaie Pe schema de mai jos se reprezint o schema de variator de curent alternativ, realizat cu un triac, comandat cu ajutorul unui diac. Condensatorul C1 se ncarc pn la tensiunea de autoaprindere a diacului, moment n care diacul sedeschideasigurndcurentuldepoartnecesaramorsriitriacului.Putereapesarcinsevariazprin variaia unghiului de conducie a triacului. Prin R1, se regleaz durata de ncrcare a condensatorului C1,, iar R2 are rolul de a limita curentul prin diac, iar C2 are rol de filtrare. 1.7 Dispozitive optoelectronice 1.7.1 Generaliti. Clasificri Dispozitiveleoptoelectronicereprezintocategoriededispozitiveelectroniceacarorfuncionare presupuneexistentauneiradiatiielectromagneticendomeniulopticTransformareaenergieiradiatiei electromagneticenenergieelectriciinverssefacenmoddirect,faraintermediulaltorformede energie.Fenomenelefizicefundamentalecare staula bazafuncionariidispozitiveloroptoelectronice sunt absorbtiaradiatieielectromagneticencorpulsolidirecombinarearadiativaapurtatorilordesarcinan semiconductor. dispozitivele electronice se mpart n doua mari categorii: -dispozitive bazate pe efectul fotoelectric intern -dispozitive optoelectronice electroluminescente 1.7.2 Dispozitive optoelectronice bazate pe efectul fotoelectric intern 1.7.2.1 Fotorezistena Fotorezistena este un rezistor realizat dintr-un material semiconductor, a carei rezistena depinde de valoarea intensitatii fluxului luminos. Constructiv este realizata dintr-o placuta de material semiconductor omogen, prevazuta cu capete cu contacte ohmice. o mArime importantA ce defineste fotorezistena este rezistena de ntuneric, ca fiind rezistena la echilibru termic: RlwdO O= , undeO este rezistivitatea n absenta iluminrii Pentrugrosimiwmicisepoateconsideracaluminaesteabsorbitauniformntotvolumul materialului.nurmaabsorbtiei,nsemiconductorsegenereazaperechielectron-golcareducla micsorarearezistivitatiisi,implicitarezistentei.Conductantafotorezistenteiestedirectproportionalacu intensitatea fluxului luminos incident. Alte marimi ce definesc funcionarea fotorezistentei sunt: Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 44-pragulfotoelectric,adicalungimeadeundamaximapnalacareefectulfotoelectricmaieste prezent -inertia fotorezistentei, exprimata prin timpul necesar stabilirii valorilor stationare ale concentratiilor purtatorilor mobili. 1.7.2.2 Fotodioda Fotodiodaesteundispozitivoptoelectronicrealizatpebazauneijonciunipnsauaunuicontact metal-semiconductor, polarizat imvers. n conditii de ntuneric, curentul prin jonciune polarizata invers este datorat perechilor electron-gol generate n interiorul regiunii de sarcina spatiala i n regiunile neutre. nprezentaluminiiapareogeneraresuplimentaradepurtatori,deciuncurentsuplimentarIL, atunci curentul invers are expresia: I I IR O L= +Generarea de purtatori sub influenta luminii se face n tot volumul jonciunii unde lumina este absorbita. Purtatorii de sarcina generati n regiunile neutre se deplaseaza spre regiunea de sarcina spatiala prin curenti de cmp sau de difuzie, dar sunt supusi recombinrii. n figura de mai jos se prezinta caracteristicile statice ale fotodiodei la diferite valori ale iluminarii: I IqUmkTIA oAL=|\

|.|

exp 1 Oaltcaracteristicimportantafotodiodeiestecaracteristicaspectral,careindicrspunsul relativ al fotodiodei n funcie de lungimea de und a radiaiei luminoase. 1.7.2.3 Fotoelementul Fotoelementulesteundispozitivoptoelectroniccarerealizeazconversiadirectaenergiei luminoase n energie electric , prin apariia la borne a unei tensiuni electromotoare. Constructiv, se poate spune, este identic cu fotodioda, doar c aria sa este mult mai mare pentru a putea oferi o suprafa mai mare de iluminare i , deci o energie electric mai mare. ntruct de cele mai multe ori energia luminoas esteceasolarfotoelementelesemainumescibateriisolare.Circuitulelectricpentruaplicaiinumai cuprinde surse exterioare ci numai rezistena de sarcina. Mrimea tensiunii electromotoare rezult din urmtoarea relaie:E UmkTqIIFE FE ILOFE= = +|\

|.|=01 lnPuterea maxim ce se poate obine la ieire este n jur de 30 mW Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 451.7.2.4 Fototranzistorul Fototranzistorulesteundispozitivoptoelectronic,realizatpeostructurdetranzistor, al crui curent de colector este comandat de un flux luminos.Bazatranzistoruluiestenlocuitcuosuprafacarepoatefiiluminat,asigurnd astfel curentul de baz necesar. Cu toate acestea unele fototranzistoare sunt prevzute i cuelectroddebaz.Simbolulgraficesteprezentatpefiguraurmtoare,iar caracteristicile sunt practic identice cu caracteristicile tranzistorului bipolar. 1.7.2.5 Fototiristorul Fototiristorul este un dispozitiv optoelectronic realizat pe o structura de tiristor, a carui aprindere se face sub actiunea unui flux luminos. i n acest caz tensiunea de amorsare scade cu creterea intensitatii fluxului luminos 1.7.3 Dispozitive optoelectronice bazate pe emisia radiaiei luminoase 1.7.3.1 Dioda electroluminescent Fenomenul de emisie a radiatiei luminoase se mai numeste i luminescenta. Emisia de luminan semiconductoare se datoreaza recombinarii radiative a purtatorilor de sarcina. Dioda electroluminescenta (Light Emitting Diode), dioda LED, este realizata dintr-o jonciune pn polarizata direct.luminescentaserealizeazaprininjectiedepurtatoriminoritari.simbolulgraficicaracteristicile curent-tensiune, respectiv cele spectrale se prezinta n figura urmtoare: Diodele electroluminescente sunt folosite ca simple indicatoare luminoase sau servesc la realizarea elementelor de afisare, dar elementele de afisaj de dimensiuni reduse nu folosesc diode separate, ci acestea se realizeaza integrat n aceeasi placuta de semiconductor (GaAs). n scopul economisirii materialului semiconductor, dimensiunea reala a cifrei este foarte mic, pentru a fi usor observabila deasupra structurii se monteaza lentile convergente, care maresc imaginea. 1.7.3.2 Optocuploare Optocuplorulseobineprininterconectareauneidiodeelectroluminescentecuunfototranzistor (fotodioda, fototiristor, fotoelement, etc) astfel nct semnalul electric ajuns pe dioda LED sa fie transferata de aceasta catre fototranzistor. Deobiceirandamentedetransferrelativridicateseobtinndomeniul frecventelorinfrarosii.Optocuploarelepotfiutilizatepentrutransferde semnaleattdecurentcontinuu,ctidecurentalternativ,frecventa limita fiind ordinul zecilor de MHz. Germn Zoltn Dispozitive electronice1 curspartea I 46 Receptoare foto n schemele urmtoare se prezinta doua circuite simple, receptoare foto. n primul caz la apariia fluxului luminos, fototranzistorul intra n saturaie, tensiunea de ieire fiind practic nula.n al doilea caz , la apariia fluxului luminos tranzistorul intra n conductie, tensiunea de ieire va avea valoare foarte apropiat de valoarea tensiunii de alimentare. Pentru a obine valori mai mari pentru curentul de ieire, se poate utiliza nc un tranzistor bipolar pentru un montaj Darlington.