Upload
lael-hardin
View
39
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
w N
Citation preview
P N PP N PEE CC
Bipolární tranzistorwN << Ln , Lp
wB = wef
-xE wBxC0
IB2IEn
ICp
IC0p
IC0n
UEB
IE IC
IB
čtyřpól, spotřebič
UCB
Vzdálenost
mezi PN E , C
wN << Ln , Lp
jinak dvě
„samostatné“
diody
IE = IEp + IEn
IC = - (ICp + IC0p + IC0n)
IB = - (IE + IC)
Difúze , “malá” rekombinaceNormální režim Inverzní režim
IB, IC, IE = f(UEB, UCB) - idealiz. model1) NA, ND v E, B, C - homogenní2) strmé PN3) hranice mezi OPN emit. a bází strmá4) dtto pro kolektorovou str. 3) a 4) wef
5) délka emitoru a kolektoru > Lp (Ln)6) SC a SE - stejná (standard SC >> SE 1 )
IB1IEp
jednorozměrný model f(x) A) E pouze v OPN přechodů B) generace a rekombinace - mimo OPN C) wef = wB = konst. f(UCB) vstřik nosičů náboje emitorem - nízký (není přídavné pole v bázi)
Bipolární tranzistor
UEB - propustné, UCB - závěrnéICOp, ICOn -ICO- závěrný proud kolektoruIEp - vstřik do báze IEn - vstřik do emitoruIEp - většina do kolektoru difúzí - ICp
zbytek rekombinace v B => IB
IE = IEp + IEn
IC = - (ICOp + ICOn + ICp)IB = - (IE + IC)
ICp= f(UEB) => řízení IC
IEp = SEJEp = -SE eDp (d(ΔpnB(x))/dx)|x=0
IE = a11 [exp(UEB/uT)-1] - a12 [exp(UCB/uT)-1]
IC = -a21 [exp(UEB/uT)-1] + a22 [exp(UCB/uT)-1]
a11 = eSEDnnpOE/Ln + eSEDppnOB/wB (= IEBS)
a12 = eSEDppnOB/wB (= ICBS . αR)
a21 = eSCDppnOB/wB (= IEBS . αF)
a22 = eSCDppnOB/wB + eSCDnnpOC/Ln (= ICBS)
Bipolární tranzistor
je-li symetrie SE = SC , x-model = > a12 = a21
“konstanty” = f(konstrukce, materiál)SB, normální režim, UEB > 0 , UCB = 0 , aktivní režimIE = a11 [exp(UEB/uT)-1] IC = -a21 [exp(UEB/uT)-1] zesil. čin. = IC / IE |UCB=0 = -a21 / a11 = - αF
1 > αF > 0 ! typicky 0,99
Bipolární tranzistor
SB, inverzní režim, UEB = 0 , UCB > 0 , aktivní režimobdobný postup, jiné aij
zesil. čin. = IE / IC |UEB=0 = - αR
1 > αR > 0 ! typicky 0,5-0,8 (reálné)
pro UCB nenulové, zápornéIE = a11 [exp(UEB/uT)-1] - a12 [exp(UCB/uT)-1]IC =-a21 [exp(UEB/uT)-1] +a22 [exp(UCB/uT)-1]IE = a11 [exp(UEB/uT)-1] + a12
IC =-a21 [exp(UEB/uT)-1] - a22
IC = f(IE)IC = - a21. IE/ a11 - (a11 a22 - a12 a21)/ a11=IC = - αF . IE - ICBO
ICBO ... zbytkový proud při nezapoj. emitoru
Bipolární tranzistorPodobně - inverzní aktivní režimIE = - αR . IC - IEBO IEBO... zbyt. proud při nezapoj. kolektoru
αF . IEBO = ICBO . αR
a11 = IEBO /(1 - αF αR)a12 = ICBO αR /(1 - αF αR)a21 = IEBO αF /(1 - αF αR)a22 = ICBO /(1 - αF αR)Chování vnitřního tranzistoru !Zkrat CB , UCB = 0 , UEB < 0zbytkový proud emitor báze IEBS
IE|UCB=0 = - IEBO /(1 - αF αR) = - IEBS
Obdobně pro ICBS , podmínky obráceněICBS = - ICBO /(1 - αF αR)
pakIS = IEBS αF = ICBS αR
IE = IS / αF . [”UEB”] - IS . [”UCB”] (5.20)IC = - IS . [”UEB”] + IS / αR . [”UCB”]IS ... Current scale factor
uměrný ploše přechodu !! (1:3)
Bipolární tranzistor
Výsledné rovniceVýsledné rovnice
Vztahy mezi zbytkovými proudyIE|UCB=0 = - IEBS = - IEBO /(1 - αF αR)IC|UEB=0 = ICBS = - ICBO /(1 - αF αR)
IS = IEBS αF = ICBS αR
IEBO αF = ICBO αR
Indexy 0 ... nezapojená třetí elektroda S ... zkratovaná - „ -
I E [m
A]
20
UEB [V]
0,6
Vstupní charakteristika SB Normální režimIE = IS / αF . [”UEB”] - IS [”UCB”]! UCB < 0IE = IEBS . [exp(UEB/uT) - 1] - ICBS . αR . [exp(UCB/uT) - 1]IE = IEBS . [”UEB”] - ICBS . αR
je 0 pro UCB=0
přičítání
Bipolární tranzistor
UCB= 0UCB < 0
- 10 V
UCB < 0
- 4 V
Kolektorové napětí způsobuje odsávání emitorem vstříknutých nosičů náboje z prostoru báze zvýšení IE IE
P N P
I C [m
A]
-25
UCB [V]
-10 -20
Bipolární tranzistor
Výstupní charakteristika SB Normální režimIC = - αF . IE – ICBO (5.12) ICUCB=O = PLNÁ hodnota už od UCB = 0IC f (UCB) téměř (reálně wef = f(UCB) )
IE
+0,8
20mA
15
5
0
UCB = 0
IE IC
UEB
P N P
UCB > 0
IE IC
UEB
10
P N P
E B CE B C
Obecný příklad označení orientace veličin Charakteristiky tranzistorů, diod - zásadně zobrazovány ve spotřebičové orientaci !
Emitorový přechod v normálním režimu - propustný
Kolektorový přech. v normálním režimu - závěrný
UCB
IE IC
UEB
„Čtyřpólové“ - spotřebičové orientace
+
-
+
-
UEB UCB
IE IC
Orientace zdrojů správně polarizující přechody tranzistoru v normálním režimu
IE = IE
UEB = UEB
IC = - IC
UCB = - UCB
I E [m
A]
20
UEB [V]
0,6
UCB= 0
UCB < 0
- 4 V
UCB
Bipolární tranzistor
EB´E´
B
CC´
II IN
IN /F II/I
R = IF = N
REE´
RBE RBC
RCC´
RBB´
Ebers-Mollův náhradní obvod BJTEbers-Mollův náhradní obvod BJT
IR = II IF = IN
B
UEBUCB
IEIC
„Pozor“ na definici IR ...
SměrSměr
ovládáníovládání
- přenos- přenos
E´B´C´ vnitřní tranzistorE´B´C´ vnitřní tranzistor
IE = IEp + IEn p = IEp / IE IEp = p IE (co se dostane do báze)IC = IC1 (vstřik) + IC0 (klidový) = αB IE + IC0
IC1 = IEp . p = IE . p . p (to co se dostane do kolektoru)IC1 = αB . IE = αp . IE
αB = αp = p . p . () (PNP) = αn = n . n . () (NPN) (standard SC >> SE => 1 )
Bipolární tranzistor
P N P
-UCB
IE IC
UEB IB
IC = αB IE + IC0
... bázový přenosový činitel ... injekční účinnost ... účinnost kolektroru
αB = funkce (, , )
IEpIEp p Postupu událostí
vstřik, přenos, sběrαB = f (, , )
UCE
NN
NN
PP
Vstupní charakteristiky SE Normální režim - IB = IE + IC součet rovnic (5.20) IB = IEBS (1 - αF) [exp(UEB/uT)-1] + ICBS . (1 - αR) . [exp(UCB/uT)-1] UBE = - UEB UCE = UCB - UEB << 0 IB = f(UBE) = IEBS . (1- αF) [exp(UEB/uT) -1] - ICBS . (1- αR) . [1]
UEB (IB=0) = UT. ln{1 + ICBS . (1 - αR)/IEBS (1 - αF)} téměř f(UCE )
Bipolární tranzistor
NPN znaménka a orientace obráceně
I B [
A]
-20
UBE [V]
-0,6
UCE= 0|U
CE| >
>| U
CE
SA
T|
- 4
V
PNPUBE
IC
UB
E=
0
- IB
Výstupní charakteristiky SE Normální režim UCE = UCB - UEB
IE = IC + IB
αE = IC / IB P0, UCE = konst. někdy F
d IC = αE . d IB / integrace 1) IC = αE . IB + K´ 2) IC = αB . IE + ICBO / . (1/αB) (SB) ICBO ... zbytkový proud při nezapojeném emitoru upravíme 2) tak aby vypadala jako 1) IC/αB - ICBO/αB = IE = IC + IB
-IB - ICBO/αB = IC - IC/αB = IC (αB - 1)/ αB
IC = IB . αB/(1 - αB) + ICBO/(1 - αB) (1 + αB/(1 - αB))
Zavedeme: αE = αB/(1 - αB)
IC = IB . αE + ICBO . (1 + αE) = αE . IB + ICEO
Bipolární tranzistor
Bipolární tranzistor
UCE(V)
IC
(mA)
IB
PCmaxOblast saturaceMez saturace
Mezní přímka Hyperboly konst. výkonu
IC10-9A
10
20
20
30
40 A
8
IB=05
Bipolární tranzistor
UCE
IC
Mezní přímka
Inverzní režim
Normální režim
IBJiný odstup charakteristik
=
jiné H21E resp. h21e
Bipolární tranzistor
UCE
IC
IB
Rozdíl H21E resp. h21e resp. h21e
P0 IBIC
IC = h21e IB + h22e UCE
IC = IC/ IB.IB + IC/UCE.UCE
IB
IIB2B2
IIB1B1
IIB2B2IIB1B1
PPOO
IB
h21e = IC / IB Po,UCE=O
UCE = k.
h21e = IC / IB Po,UCE=konst
h21e = tečna k převodní charakteristice
HH21E21E = IICC // IIBB Po
HH21E21E = IICCPo // IIBBPo - sečna
!h21e = pro konkrétní zapojení
Bipolární tranzistor
UCB
IC
h21e = f (IC, UCB, j)
h21e
logNA- ND
pro lin. zesil.
spínací
p
CBef
L
)U(wcosh
1β
E B C x
N-
N+
P
N+
E
wef
αB = funkce (, , )
j
IC
h21e
Bipolární tranzistor
UCB
UCE
h21e = f (IC, UCB , j)
IC
logNA- ND
E B C x
N-
N+
P
N+
E
wefIC
h21e
Earlyho napětíEarlyho napětí
p
CBef
L
)U(wcosh
1β
IB
h21e = IC / IB Po,UCE=k.
IC
UCE1 UCE2
IB = k.
Bipolární tranzistor
j
UCE
h21e = f (IC, UCB , j)
IC
IC
h21e
p
CBef
L
)U(wcosh
1β
IB
j
IIC0C0=f(=f(j))
UBE
j
IB
UCE
Bipolární tranzistor
Oblast vysokých IC
UCE
h21e = f (IC, UCB , j)
IC
logNA- ND
E B C x
N-
N+
P
N+
E
wef IC
h21e
p
Cef
L
)I(wcosh
1β
IB
h21e = IC / IB Po,UCE=k.
UCE1 UCE2
IB = k.UCE
KvazisaturaceKvazisaturaceKirkův jevKirkův jev
Bipolární tranzistor - NLO - s h parametry
UCE
IC
IB
P0
IC = h21e IB + h22e UCE
IB
PPOO
h11e = UBE / IB Po, UCE=k
h21e = IC / IB Po,UCE=k
UBE = h11e IB + h22e UCE
h12e = UBE / UCE Po, IB=k
UBE
UCE >> UCESAT
UCE
UCE=0
UCE =kh11e
IB =k
UC
E=
nel
ze
h22e = IC / UCE Po,IB=k
h22e
h21e IB
IC
UBE
1/h22eh11e
h12e UCE h21e IB
UCE
Bipolární tranzistor
UCE
IB [A]
PCmaxOblast saturaceMez saturace
Mezní přímkaHyperboly konst. ztrát. výkonu
IC10-9
10
20
5
30
40
„IB=0“IB=0
ICmax
UCEmax30
Aktivní oblastAktivní oblast
50
I C [m
A]
5
Bipolární tranzistor - Saturační napětí
UCE
IB [A]
Oblast saturace
Mez saturace
Mezní přímka
IC10-9A
10
20
5
30
40
IB=0
ICmax
30
Aktivní oblastAktivní oblast
50
I C [m
A]
5IICNmaxCNmax
UCESAT = 0,2V (÷0,5V)
Bipolární tranzistor - První průraz
UCE
IB
I C
10-9A
IB=0
UCEmax
I C
U(BR)CEU
U(BR)CBO
U(BR)CES
U(BR)CER
U(BR)CE0
U(BR)CE0
UCE0
UCE0 UCER UCESUCEU
ICE0
ICERICESICEU ICB0
Oblast uzavřeného
stavu IB 0
UCBNN
NN
PP
IC
U(BR)CBO
EE
CC
Osamocený přechod colektoru
UCBO, ICBO
UCE
NN
NN
PP
UBE
IC
Vliv vstřiku z E do C
U(BR)CEO
UCEO, ICEO
RBE= UCE
NN
NN
PP
UBE
IC
Vliv snížení vstřiku z E do CU(BR)CER
UCER, ICER
RBE= konečný
- IB
- I- IBB Odvedení Odvedení
části Ičásti ICC mimo E mimo E
UCE
NN
NN
PP
UBE
IC
Vliv snížení vstřiku z E do CU(BR)CES
UCES, ICES
RBE= 0
- IB
- I- IBB Odvedení Odvedení
části Ičásti ICC mimo E mimo E
UB
E=
0
UCE
NN
NN
PP
UBE
IC
Vliv snížení vstřiku z E do CU(BR)CEU
UCEU, ICEU
Záporné předpětí
- IB
- I- IBB Odvedení Odvedení
části Ičásti ICC mimo E mimo E
UB
E <
0
UCB0
Vliv vstřiku nosičů náboje ze sousedního
přechodu PN na UBR
IC = B.M.IE + M.ICO
IC = IE
IC = M.ICO /(1- B.M)
Podmínka průrazu
IC 1- B.M = 0
B.M = 1
κ
BRUU
1
1M
E/(1+E) = B = 1/M = 1-(U/UBR)
E/(1+E) = 1- (U(BR)CE0/U(BR)CB0)
(U(BR)CE0/U(BR)CB0) = 1- E/(1+E)
(U(BR)CE0/U(BR)CB0) = ((1+E) - E ) /(1+E)
(U(BR)CE0/U(BR)CB0) = 1/(1+E)
U(BR)CE0/U(BR)CB0 = 1/(1+E) 1/
U(BR)CE0 = U(BR)CB0 /(1+E) 1/
U(BR)CE0 U(BR)CB0 /(E) 1/!!