Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Prezentacja na temat: "Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska"— Zapis prezentacji:

1 Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska
Tranzystory Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

2 Tranzystory 1947 r. – pierwszy tranzystor ostrzowy – John Bradeen (z lewej), William Shockley (w środku) i Walter Brattain (z prawej) (Bell Labs) Zygmunt Kubiak

3 Komunikacja na odległość
1947 r. – pierwszy tranzystor ostrzowy – John Bradeen, William Shockley i Walter Brattain (Bell Labs) Zygmunt Kubiak

4 Tranzystory German typ n (domieszka Arsen), typ p (domieszka Ind)
Zygmunt Kubiak

5 Tranzystory 1950 r. - pierwszy tranzystor złączowy bipolarny
Zygmunt Kubiak

6 Tranzystory Tranzystor złączowy bipolarny Zygmunt Kubiak

7 Tranzystory Tranzystor złączowy bipolarny Zygmunt Kubiak

8 Tranzystory Tranzystor złączowy bipolarny, planarny
Zygmunt Kubiak

9 Tranzystory 1957 r. – pierwszy złączowy tranzystor polowy JFET
Zygmunt Kubiak

10 Tranzystory 1959 r. – pierwszy tranzystor MOSFET Zygmunt Kubiak

11 z izolowaną bramką (MOSFET)
Tranzystory Podział tranzystorów - uproszczony Tranzystory bipolarne typ npn typ pnp Tranzystory polowe (FET) z izolowaną bramką (MOSFET) złączowe (JFET) z kanałem zubożanym z kanałem wzbogacanym z kanałem n z kanałem p Zygmunt Kubiak

12 Tranzystory bipolarne
Zygmunt Kubiak

13 Tranzystory bipolarne
Rozpływ prądu w tranzystorze złączowym bipolarnym Gdy złącze B-E spolaryzowane jest przewodząco to istnieje przepływ dziur z obszaru p do n oraz elektronów z obszaru n do p Część elektronów w obszarze p (bazy) łączy się z dziurami (rekombinuje) Zdecydowana większość elektronów, wstrzykiwanych z obszaru emitera do cienkiej warstwy bazy (p), trafia do złącza B-C a stąd pod wpływem pola elektrycznego do elektrody kolektora Zygmunt Kubiak

14 Tranzystory bipolarne
Rozpływ prądu w tranzystorze złączowym bipolarnym Prąd bazy składa się z prądu rekombinacji oraz prądu wstrzykiwania dziur z obszaru bazy do obszaru emitera Prąd bazy jest znacznie mniejszy od prądu kolektora (IB << IC); stosunek prądu kolektora do prądu bazy nazywany jest wzmocnieniem prądowym tranzystora, oznaczanym grecką literą ß Tranzystory są konstruowane w taki sposób aby uzyskać duże wzmocnienie prądowe (wąski obszar bazy i silnie domieszkowany obszar emitera (n)) Zygmunt Kubiak

15 Tranzystory bipolarne
Rozpływ prądu w tranzystorze złączowym bipolarnym Gdy złącze B-E spolaryzowane jest zaporowo, to w obwodzie kolektora płynie niewielki prąd IC0 (zależny od temperatury) Prąd kolektora z uwzględnieniem prądu zerowego ma postać IC = (1+β)·IC0 + β·IB Ponieważ IC0 << IB to z reguły stosuje się wzór uproszczony ß = IC / IB Zygmunt Kubiak

16 Tranzystory bipolarne
Bipolarny tranzystor npn w układzie wzmacniacza (wspólny E) Złącze C-B spolaryzowane w kierunku zaporowym, natomiast złącze B-E spolaryzowane w kierunku przewodzenia Zygmunt Kubiak

17 Tranzystory bipolarne
Bipolarny tranzystor npn w układzie wzmacniacza (wspólny E) Bipolarny tranzystor pnp w układzie wzmacniacza (wspólny E) Zygmunt Kubiak

18 Tranzystory bipolarne
Charakterystyki tranzystora Zygmunt Kubiak

19 Tranzystory bipolarne
Charakterystyki tranzystora Zygmunt Kubiak

20 Tranzystory bipolarne
Charakterystyki tranzystora Wzmocnienie nie jest stałe i zależy od prądu Wzmocnienie statyczne i dynamiczne Zygmunt Kubiak

21 Tranzystory bipolarne
Parametry graniczne tranzystora UEB0max – dopuszczalne napięcie wsteczne B-E UCB0max - dopuszczalne napięcie wsteczne C-B UCE0max – maksymalne napięcie dopuszczalne C-E ICmax maksymalny prąd kolektora IBmax maksymalny prąd bazy Pstrmax - maksymalna dopuszczalna moc strat Zygmunt Kubiak

22 Tranzystory bipolarne
Parametry graniczne tranzystora SOA - dozwolony obszar pracy aktywnej (ang. Safe Operating Area) Najwięcej mocy strat wydziela się w krótkich chwilach przełączania Zygmunt Kubiak

23 Tranzystory bipolarne
Parametry graniczne tranzystora Zygmunt Kubiak

24 Tranzystory bipolarne
Charakterystyka wyjściowa tranzystora (rzeczywista) Punkty pracy Zygmunt Kubiak

25 Tranzystory bipolarne
Charakterystyka wyjściowa tranzystora (uproszczona) Stan aktywny opisany równaniem IC = β·IB + ICE0 Brak zależności od UCE Stałe wzmocnienie prądowe β Napięcie UBE nie zależy od IB Napięcie UCES nie zależy od prądu kolektora IC ani prądu bazy IB Granica między stanem aktywnym a stanem nasycenia tranzystora występuje dla UCB = 0 czyli UCE = UBE Zygmunt Kubiak

26 Tranzystory polowe Zygmunt Kubiak

27 Tranzystory polowe Charakterystyki tranzystorów polowych
Zygmunt Kubiak

28 Tranzystory polowe Działanie tranzystorów JFET (ang. Junction Field Effect Transistor) a) zwarte elektrody b) zaporowa polaryzacja złącza GS c) polaryzacja złącza DS. d) napięcie UDS większe niż na rys. c) Rezystancja kanału DS tranzystora JFET zależy od napięcia UDS Zygmunt Kubiak

29 Tranzystory polowe Działanie tranzystorów MOSFET (ang. Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) z kanałem indukowanym n+ oznacza silnie domieszkowany półprzewodnik typu n a) rozkład ładunków dla UGS = UDS =0; wokół obszaru źródła i drenu występuje obszar ładunku ujemnych jonów domieszki akceptorowej; b) bramka spolaryzowana dodatnio względem źródła (UGS > 0); dodatnia polaryzacja bramki indukuje pod jej powierzchnią warstwę inwersyjną (warstwa elektronów swobodnych) a głębiej, warstwę ujemnych jonów akceptorowych z której wypchnięte zostały dziury Warstwa inwersyjna stanowi wyindukowany kanał łączący źródło z drenem Zygmunt Kubiak

30 Tranzystory polowe Działanie tranzystorów MOSFET (ang. Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) z kanałem indukowanym c) rozkład ładunków dla UGS > 0 i UDS > 0; wokół obszaru źródła i drenu występuje obszar ładunku ujemnych jonów domieszki akceptorowej; d) jak w c) ale zwiększone napięcie UDS co powoduje dalsze zawężenie kanału; charakterystyki wyjściowe ulegają ugięciu –nie są liniowe Zygmunt Kubiak

31 Tranzystory polowe Charakterystyki przejściowe tranzystorów MOSFET (ang. Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) d) jak w c) ale zwiększone napięcie UDS co powoduje dalsze zawężenie kanału; charakterystyki wyjściowe ulegają ugięciu –nie są liniowe Zygmunt Kubiak

32 Inne typy tranzystorów
Zygmunt Kubiak

33 Mikrokontrolery Podstawy
Tranzystory IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) Łąc Zygmunt Kubiak

34 Mikrokontrolery Podstawy
Tranzystory IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) Łąc TRANZYSTOR IGBT FUJI 2MBI600NT V 600A Zygmunt Kubiak

35 Dziękuję za uwagę Zygmunt Kubiak

36 Dziękuję Zygmunt Kubiak

37 Tranzystory bipolarne
Charakterystyka wyjściowa tranzystora (uproszczona) Stan aktywny opisany równaniem IC = β·IB + ICE0 Brak zależności od UCE Stałe wzmocnienie prądowe β Napięcie UBE nie zależy od IB Napięcie UCES nie zależy prądu kolektora IC ani prądu bazy IB Granica między stanem aktywnym a stanem nasycenia tranzystora występuje dla UCB czyli UCE = UBE Charakterystyka wyjściowa tranzystora (uproszczona) Stan aktywny opisany równaniem IC = β·IB + ICE0 Brak zależności od UCE Stałe wzmocnienie prądowe β Napięcie UBE nie zależy od IB Napięcie UCES nie zależy prądu kolektora IC ani prądu bazy IB Granica między stanem aktywnym a stanem nasycenia tranzystora występuje dla UCB czyli UCE = UBE Zygmunt Kubiak

38 Tranzystory 1950 r. - pierwszy tranzystor złączowy bipolarny
Zygmunt Kubiak

39 Tranzystor Zygmunt Kubiak

40 Tranzystor W standardowym równaniu, opisującym spadek napięcia baza-emiter w tranzystorze bipolarnym, według modelu Ebbersa–Molla, występuje temperaturowo uzależniony zwrotny prąd nasycenia (In) Na schemacie zostało to jednak uproszczone przyjęciem identycznej geometrii obu diod i przeliczania prądu w diodach. W tym przykładzie przyjęto stosunek natężeń prądu w diodach jak 16:1. Układ ten pozwala na pojedynczy pomiar różnicowy, umożliwiający wyeliminowanie szumu w diodzie, co poprawia szumowe parametry systemu. Ponieważ jednak w zdalnym czujniku diodowym jest tylko jedna dioda, wykonuje się kolejno dwa pomiary różnicowe i bierze ich różnicę, otrzymując poziom sygnału około 240µV/oC. Zygmunt Kubiak

41 Tranzystor Zygmunt Kubiak

42 Tranzystor Zygmunt Kubiak