Diode

1. Strujno-naponska karakteristika diode, napon praha, statička i dinamička otpornost2. Analiza rada diode pri direktnoj polarizaciji3. Zener dioda4. Ispravljačka kola sa diodama

Bipolarni tranzistori

1. Aktivni režim rada, raspodjela struja u tranzistoru2. Strujno-naponska karakteristika bipolarnog tranzistora3. Statičke karakteristike bipolarnog tranzistora4. Oblasti rada bipolarnog tranzistora5. Određivanje radne tačke bipolarnog tranzistora6. Temperaturna stabilizacija kola sa bipolarnim tranzistorima7. Ograničenja u radu bipolarnog tranzistora8. Ekvivalentno kolo za male signale bipolarnog tranzistora

Tranzistori sa efektom polja (FET)

1. Analiza rada JFET-a2. Statičke karakteristike JFET-a3. Ograničenja u radu JFET-a4. Ekvivalentno kolo za male signale JFET-a5. Analiza rada MOSFET-a sa ugrađenim kanalom6. Statičke karakteristike MOSFET-a sa ugrađenim kanalom7. Ograničenja u radu MOSFET-a8. Analiza rada MOSFET-a sa indukovanim kanalom9. Statičke karakteristike MOSFET-a sa indukovanim kanalom10. Polarizacija MOSFET-ova11. Ekvivalentno kolo za male signale MOSFET-a

Pojačavačka kola

1. Osobine pojačavača2. Jednostepeni pojačavači3. Analiza RC pojačavača sa BP u spoju sa ZE, ZB, ZC4. Analiza RC pojačavača sa JFET u spoju sa ZS, ZG, ZD5. Analiza RC pojačavača sa MOSFET u spoju sa ZS, ZG, ZD6. Višestepeni pojačavači7. Pojačavači sa direktnom spregom-pomjerači nivoa8. Darlingtonova konfiguracija9. Amplitudska i fazna karakteristika pojačavača10. Propusni opseg, donja i gornja granična učestanost pojačavača

1. BIPOLARNI TRAN ZISTOR

Bipolarni tranzistor je komponenta sa tri elektrode, koja poseduje pojačavačko svojstvo u smislu da male promene signala izmedju ulazne i referentne elektrode, dovode do velikih promena signala imedju izlazne i referentne elektrode. Konstrukcija tranzistora je izvedena tako što su dva komada poluprovodnika istog tipa, koji se zovu emitor i kolektor, spojena poluprovodnikom suprotnog tipa, koji se naziva baza. Postoje dve vrste tranzistora:- PNP (P – emitor, N – baza, P – kolektor) i- NPN (N – emitor, P – baza, N kolektor)

aktivni režim rada tranzistora Pojačavačka svojstva tranzistora se izrazito ispoljavaju pri radu u aktivnom režimu, koji se postiže direktnom polarizacijom emitorskog i inverznom polarizacijom kolektorskog spoja. Rad tranzistora je odredjen njegovom konstrukcijom preko izbora geometrije i koncentracije nečistoča sa jedne strane, i polarizacijom kroz polaritet i intenzitet primenjenih napona, sa druge strane.

analiza raspodjele struja : 1. emitor je najjače dopiran, baza najslabije, a kolektor jače od baze, ali slabije od emitora; 2. dužina baze (Wb) definisana kao najbliže rastojanje izmedju emitorskog i kolektorskog spoja, je dovoljno mala. Spoj emitor-baza je direktno polarisan, pa stoga propušta glavne nosioce. To su elektroni iz emitora koncentracije nE , koji čine struju INE i šupljine iz baze koncentracije pB , koje čine struju IPE . Zbir struja, koje ulaze i izlaze iz emitora, mora biti nula.ukupna struja emitora iznosi:

Zbog inverzne polarizacije spoja kolektor-baza kroz njega prolaze sporedni nosioci naelektrisanja. Elektroni koncentracije nB , koji potiču iz baze i prelaze u kolektor, dok šupljine koncentracije pC idu iz kolektora u bazu. Ove dvije vrste nosilaca teku kroz kolektorski spoj i kada je emitorsko kolo otvoreno čineći tako inverznu struju zasićenja kolektorskog spoja ICB0 . Treba uočitii da su, pored ove dvije vrste nosilaca, sporedni nosioci za inverzno polarisani kolektorski spoj iE takodje i elektroni koji su došli iz emitora, a koji se nisu rekombinovali u bazi. Ti elektroni čine komponentu kolektorske struje INEC . Dio tih emitorovih elektrona se rekombinuje u bazi sa šupljinama, koje se u njoj nalaze. Time se formira nova komponenta bazne struje IRB , takozvana struja rekombinacije.ukupna struja kolektora iznosi:

U svim razmatranjima, za smijer struje je usvojen smijer kretanja pozitivnog naelektrisanja.Bazna struja tranzistora sadrži tri komponente: struju šupljina IPE , struju rekombinacije IRB i inverznu struju zasićenja kolektorskog spoja ICB0 .ukupna struja baze iznosi:

Prema prvom Kirhofovom zakonu, izmedju struja tranzistora na spoljnjimpriključcima vrijedi relacija:

Pojačavačko svojstvo bipolarnog tranzistora je zasnovano na principu da se malim promenama struje baze izazivaju velike promene struje kolektora. Da bi se to postiglo, treba prvo inverznu struju zasićenja kolektorskog spoja učiniti što manjom. Struju kolektora čine praktično elektroni koji polaze iz emitora, „prežive“ prolazak kroz bazu i stignu u kolektor. Ako je emitorska struja bliža po vrednosti kolektorskoj, onda je bazna struja manja, a to znači da je pojačavačko svojstvo tranzistora izraženije. Da bi se emitorska struja približila kolektorskoj, potrebno je da struja šupljina IPE bude mnogo manja od struje elektrona INE na emitorskom spoju, kao i da struja rekombinacije u bazi IRB bude što manja da bi struje INE i INEC bile približno iste.Prvi uslov se kvantitativno izražava preko faktora efikasnosti emitora γ

Da bi efikasnost emitora bila što bliža jedinici, potrebno je znatno jače dopirati emitor u odnosu na bazu. Drugi uslov je što manja rekombinaciona struja baze – ostvaruje se pravljenjem baze male dužine.Ovaj efekat se kvantitativno izražava transportnim faktorom β

odnos izmedju struja tranzistora se izračunava u obliku:

-faktor strujnog pojačanja: E→C

-faktor strujnog pojačanja: B→C

Koeficijent α se naziva faktor strujnog pojačanja od emitora do kolektora. On ima vrednost manju od jedan i pokazuje odnos kolektorske i emitorske struje. Na sličan način se definiše faktor strujnog pojačanja β od baze do kolektora kao odnos kolektorske i bazne struje.Znači, da bi tranzistor imao izražena pojačavačka svojstva, odnosno veliko strujno pojačanje, potrebno je:- obezbediti aktivni radni režim direktnom polarizacijom emitorskog i inverznom polarizacijom kolektorskog spoja;- dopirati jako emitor u odnosu na bazu radi što veće efikasnosti emitora;- napraviti kratku (usku) bazu radi što većeg transportnog faktora;- dopirati dovoljno jako bazu i kolektor radi smanjenja inverzne struje zasićenja kolektorskog spoja.

2. STRUJNO-NAPONSKA KARAKTERISTIKA BJT

Struje tranzistora su određene njegovom konstrukcijom, polaritetom i intenzitetom primijenjenih napona. Ovi faktori diktiraju raspodelu koncentracija slobodnih nosilaca u tranzistoru, koja definiše njegove strujno-naponske karakteristike. Ako se transistor polariše da radi u aktivnom režimu rada, glavni nosioci prolaze kroz direktno polarisan emitorski spoj. Elektroni iz E→B, a šupljine B→E. Time se na ivici prostornog naboja u području baze stvara koncentracija sporednih nosilaca:

Zbog inverzne polarizacije kolektorskog spoja, koncentracije sporednih nosilaca sa obje strane njegove oblasti prostornog tovara su ravne nuli.Veličina w se zove efektivna širina baze i manja je od fizičke širine baze računate od emitorskog do kolektorskog spoja.

(1)

je struja zasićenja kolektora i zavisi temperature tako što se udvostručava na svakih 5ºC porasta temperature (od površine spoja baza-emitor, kao i od efektivne širine baze). Na prvi pogled, struja kolektora zavisi samo od napona baza-emitor. Takva situacija je poželjna u smislu da se promjenama napona direktne polarizacije spoja baza-emitor upravlja sa strujom kolektora nezavisno od napona baza-kolektor, odnosno nezavisno od napona na potrošaču. Napon baza-kolektor odredjuje efektivnu širinu baze w. Veći napon sužava bazu i povećava struju kolektora. Ta pojava se naziva Erlijev (Early) efekat (reakcija kolektora) i karakteriše se Erlijevim naponom VA

(2)

Pošto je onda se izraz za struju koletora uobičajeno piše:

gdje predstavlja vrednost struje pri nultoj polarizaciji kolektorskog spoja. Erlijev efekat nije dominantan, tako da se strujno-naponska karakteristika tranzistora opisuje izrazom (1). Ove formule predstavljaju prenosnu karakteristiku tranzistora, jer pokazuju zavisnost izlazne struje od ulaznog napona. Struja elektrona kroz područje baze određena je samo difuzionom komponentom.

3. STATIČKE KARAKTERISTIKE BJT

Tranzistor je komponenta sa tri elektrode izmedju kojih se mogu definisati tri napona i tri struje. Samo četiri od pobrojanih šest veličina su nezavisne. Ako se jedan od krajeva tranzistora usvoji kao zajednički, tranzistor se može predstaviti kao četvoropol sa dva ulazna i dva izlazna kraja. U zavisnosti od toga koja se elektroda koristi kao referentna, razlikujemo sljedeće konfiguracije tranzistora: u spoju sa zajedničkim emitorom, u spoju sa zajedničkim kolektorom, u spoju sa zajedničkom bazom. Obzirom da postoje četiri nezavisne promjenljive, statičke karakteristike se snimaju (mjere) i prikazuju dvodimenzionalno izmedju dvije odabrane promjenljive pri čemu se ostale dvije promjenljive uzimaju kao konstante, ili kao parametri. Na taj način za jednu unaprijed odabranu konfiguraciju tranzistora, može da se izmjeri više različitih statičkih karakteristika. U tehničkom smislu od svih mogućnosti su interesantne: ulazna statička karakteristika (zavisnost ulazne struje i napona), izlazna statička karakteristika, prenosna statička karakteristika (zavisnost jedne izlazne od jedne ulazne veličine), i zavisnost napona.

1. ulazna statička karakteristika (zavisnost ulazne struje od ulaznog napona pri konstantnom izlaznom naponu)

2. izlazna statička karakteristika (zavisnost izlazne struje od izlaznog napona pri konstantnoj ulaznoj struji)

Ako ne bi bilo Erlijevog efekta, struja kolektora bi bila nezavisna od napona kolektor-emitor. Međutim, sa porastom napona kolektor-emitor, širi se područje prostornog naboja kolektorskog spoja, sužava se efektivna širina baze tako da će sa porastom napona kolektor-emitor raste i struja kolektora.

3. prenosna statička karakteristika (zavisnost izlazne stuje od ulaznog napona pri konstantnim izlaznom naponom)

4. zavisnost ulaznog napona od izlaznog napona

4. ODREĐIVANJE RADNE TAČKE BJT

Polarizacija tranzistora

Pod polarizacijom tranzistora podrazumijeva se priključenje tranzistora na odgovarajuće jednosmjerne napone u cilju dovođenja BJT-a u željeni radni režim. Intenzitet jednosmijernih napona i struja koji definiše mirnu radnu tačku tranzistora, određuje se primjenom odgovarajućih jednosmijernih napona i otpornosti u granama kola.

N + NP

I C

I B

I E

C

B

E

( a )

V B E > 0

V B E < 0

V B C < 0

V B C > 0

I C

I B

I E I F

R I R

F I F

I R

C

B

E

( b )

N + NP

I C

I B

I E

C

B

E

( a )

V B E > 0

V B E < 0

V B C < 0

V B C > 0

I C

I B

I E I F

R I R

F I F

I R

C

B

E

( b )

Ebers-Molov model BJT-a za statički režim rada

7. OGRANIČENJA U RADU BJT

Postojanje lavinskog i Cenerovog mehanizma proboja PN spoja ograničava maksimalne vrijednosti napona koji se mogu primijeniti između elektroda tranzistora. Druga vrsta ograničenja se odnosi na najveću dopuštenu vrijednost kolektorske struje, određenu smanjenjem strujnog pojačanja ili destrukcijom tranzistorskih priključaka.

naponsko ograni č enje

Dosadašnja analiza tranzistora je vršena pod pretpostavkom da PN spojevi ne rade u oblasti proboja. Pošto je emitor jako dopiran, proboj na spoju baza-emitor je Cenerovog tipa, a probojni napon BVEB iznosi 5 V do 10 V. Na kolektorskom spoju proboj je lavinskog tipa zbog manjeg dopiranja. Kada tranzistor radi u spoju sa zajedničkom bazom, sa povećanjem napona inverzne polarizacije VCB, javlja se multiplikacija svih nosilaca koji prolaze kroz oblast prostornog tovara na kolektorskom spoju.

-u spoju sa zajedničkom bazom

-uslov proboja

-M faktor multiplikacije

-u spoju sa zajedničkim emitorom

-uslov proboja

Ako tranzistor radi u spoju sa zajedničkim emitorom, sa povećanjem napona između kolektora i emitora, , dolazi do jače inverzne polarizacije kolektorskog spoja i do pojave multiplikacije svih nosilaca koji kroz njega prolaze.

strujno ograni č enje

Maksimalna kolektorska struja određena je najmanjim prihvatljivim strujnim pojačanjem tranzistora. Drugo ograničenje potiče od konstrukcije tranzistora, koja određuje najveću struju kroz elektrode, a da ne dođe do njihovog uništenja topljenjem.

ograni č enje po disipaciji

Disipacija u baznom kolu tranzistora je zanemarljiva prema disipaciji na kolektorskom spoju zbog male vrijednosti struje baze i napona baza-emitor. Iako je u ukupnom bilansu mala, disipacija u baznom kolu je ograničena. Stoga se skoro sva disipacija na tranzistoru odvija u konturi kolektor-emitor. Zavisno od toplotnih svojstava materijala i mehaničke konstrukcije, za svaki tranzistor se u katalogu proizvođača navodi maksimalna dopuštena snaga dispacije pod unaprijed definisanim uslovima hlađenja.

oblast sigurnost rada tranzistora

Kada se naponsko, strujno i ograničenje po disipaciji, ucrtaju u izlazne statičke karakte- ristike tranzistora, dobija se zona u kojoj mora ležati radna tačka tako da tranzistor ne bude oštećen. Ta zona se zove oblast sigurnog rada.

8. EKVIVALENTNO KOLO BJT ZA MALE SIGNALE

U praksi je čest slučaj da korisni signal promjenljive amplitude i polariteta treba pojačati. Pod pojačanjem se podrazumijeva množenje signala konstantom većom od jedan.

Lavinski proboj: Odvija se pod jakim električnim poljem koje ubrzava nosioce u oblasti prostornog tovara tako da jedan nosilac sudarom sa kristalnom rešetkom pravi M puta više nosilaca, pa je:

Eksperimentalno odredjena zavisnost M od napona:

je napon proboja PN spoja definisan sa ;n zavisi od tehnologije izrade PN spoja. Elektrone ubrzava polje koje je najveće na fizičkom PN spoju. Maksimalno polje u PN spoju je veće ako je jače dopiranje. Lavinski proboj nastupa pri višim naponima (preko 7V). raste sa porastom temperature jer elektroni imaju veću energiju.

Zenerov proboj: Uslov je da postoji velika koncentracija primjesa koja omogućuje veliku gustinu jona u oblasti prostornog tovara i jaka lokalna polja koja dovode do razgradnje valentnih veza u silicijumu i generisanja novih nosilaca pri niskim naponima spoljne inverzne polarizacije. Zenerov proboj nastupa pri nižim naponima (ispod 5V), opada sa porastom temperature.

Ako je napon proboja ispod 5V, takav proboj se naziva Zenerov proboj, a ako je veći od 7V, onda je u pitanju lavinski proboj. Ako je napon proboja između 5 V i 7 V, onda su zastupljena oba mehanizma proboja.

Tranzistor poseduje tri tačke u kojima je moguće priključiti pobudu i potrošač. To su emitor, baza i kolektor. Sve moguće kombinacije nisu, medjutim, prihvatljive. 1. Pobuda na bazi i potrošač na kolektoru, daje stepen sa zajedničkim emitorom nazvan po tome što je emitor zajednička elektroda i za ulaz i za izlaz.2. Pobuda na bazi i potrošač na emitoru. Tako se dobija stepen sa zajedničkim kolektorom.3. Pobuda na emitoru i izlaz na kolektoru i naziva se stepen sa zajedničkom bazom.4. Pobuda na emitoru i izlaz na bazi

Stepen sa zajedni č kim emitorom

Kod sinteze pojačavača, prvo se postavlja mirna radna tačka pomoću kola za polarizaciju, na sredinu radne prave u zoni izlaznih statiičkih karakteristika u kojoj su one linearne i ekvidistantne. Time se postiže linearnost pojačavača i najveća moguća amplituda promjenljivog signala na njegovom izlazu. Potom se, najčešće preko sprežnih kondenzatora, na pojačavač priključe pobudni generator i potrošač. Na taj način se promjenljivi signal superponira na odabrane jednosmerne vrijednosti u mirnoj radnoj tački.

, ,

Za stepen sa zajedničkim emitorom je karakteristično: 1. veliko naponsko pojačanje 2. veliko strujno pojačanje 3. mala ulazna otpornost 4. izlazna otpornost zavisi od (kao i prethodna tri parametra) 5. obrće fazu

Stepen sa zajedni č kim kolektorom

Kriterijumi za njegovu sintezu su isti kao za stepen sa zajedničkim emitorom: radna prava se postavlja u linearni dio izlaznih karakteristika, a radna tačka na njenu sredinu u cilju dobijanja najveće moguće amplitude simetričnog izlaznog signala. Iz istih razloga je kolektorski otpornik zamijenjen kratkom vezom.

, ,