Tranzystory - cele wykładu

Prezentacja na temat: "Tranzystory - cele wykładu"— Zapis prezentacji:

1 Tranzystory - cele wykładu
Celem wykładu jest przedstawienie: • działania tranzystora bipolarnego polaryzacji i zakresów pracy tranzystora konfiguracji połączeń zależności opisujących prądy w tranzystorze punktu pracy tranzystora obszaru pracy bezpiecznej ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA– Jakub Dawidziuk niedziela, 26 marca 2017

2 Tranzystor Trójkońcówkowy półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolność wzmacniania sygnału elektrycznego. Nazwa tranzystor pochodzi z angielskiego zwrotu "transfer resistor", który oznacza element transformujący rezystancję.

3 Tranzystory - rodzaje Wyróżnia się dwie główne grupy tranzystorów,
które różnią się zasadniczo zasadą działania: Tranzystory bipolarne, w których prąd wyjściowy jest funkcją prądu wejściowego (sterowanie prądowe). Tranzystory unipolarne (tranzystory polowe), w których prąd wyjściowy jest funkcją napięcia (sterowanie napięciowe). Jakub Dawidziuk niedziela, 26 marca 2017

4 Tranzystory (ang. TRANSISTOR = TRANSfer resISTORs)
Podział Tranzystory bipolarne i unipolarne BIPOLARNE (BJT – Bipolar Junction Transistor) STEROWANE PRĄDOWO, czyli aby IC ≠ 0 musi IB ≠ 0 UNIPOLARNE (FET – Field Effect Transistor) STEROWANE POLEM ELEKTRYCZNYM występującym pomiędzy bramką i źródłem, czyli napięciem UGS wytwarzającym to pole, ale IG ≈ 0

5 Tranzystory - zastosowania
Tranzystor ze względu na swoje właściwości wzmacniające znajduje bardzo szerokie zastosowanie. Jest oczywiście wykorzystywany do budowy wzmacniaczy różnego rodzaju: różnicowych, operacyjnych, mocy (akustycznych), selektywnych, pasmowych. Jest kluczowym elementem w konstrukcji wielu układów elektronicznych, takich jak źródła prądowe, lustra prądowe, stabilizatory, przesuwniki napięcia, przełączniki, przerzutniki oraz generatory. Ponieważ tranzystor może pełnić rolę przełącznika, z tranzystorów buduje się także bramki logiczne realizujące podstawowe funkcje boolowskie, co stało się motorem do bardzo dynamicznego rozwoju techniki cyfrowej w ostatnich kilkudziesięciu latach. Tranzystory są także podstawowym budulcem wszelkiego rodzaju pamięci półprzewodnikowych

6 Tranzystory

7 Tranzystory (ang. TRANSISTOR = TRANSfer resISTORs)
Podział

8 Tranzystory PODSTAWY ELEKTRONIKI – Jakub Dawidziuk października 2006

9

10

11 Symbol graficzny tranzystora bipolarnego npn

12 Budowa tranzystora bipolarnego npn

13 Symbol graficzny tranzystora bipolarnego pnp

14

15 Zastosowania tranzystorów

16 Zastosowania tranzystorów: łącznik

17 Zastosowania tranzystorów: wzmacniacz

18 Łącznik tranzystorowy (npn)

19 Łącznik tranzystorowy (pnp)

20 „Tranzystorowy człowiek”

21 Tranzystor bipolarny (BJT) npn – układy połączeń

22 Tranzystor bipolarny (BJT) pnp – układy połączeń

23 Stany pracy tranzystora
Rozróżnia się cztery stany pracy tranzystora bipolarnego: stan zatkania (odcięcia): złącza BE i CB spolaryzowane są w kierunku zaporowym, stan nasycenia: złącza BE i CB spolaryzowane są w kierunku przewodzenia, stan aktywny: złącze BE spolaryzowane w kierunku przewodzenia, zaś złącze CB zaporowo, stan aktywny inwersyjny (krócej: inwersyjny): BE zaporowo, CB w kierunku przewodzenia (odwrotnie niż stanie aktywnym). Stan aktywny tranzystora jest podstawowym stanem pracy wykorzystywanym we wzmacniaczach; w tym zakresie pracy tranzystor charakteryzuje się dużym wzmocnieniem prądowym (kilkadziesiąt-kilkaset). Stany nasycenia i zaporowy stosowane są w technice impulsowej, jak również w układach cyfrowych. Stan aktywny inwersyjny nie jest powszechnie stosowanych, ponieważ ze względów konstrukcyjnych tranzystor charakteryzuje się wówczas gorszymi parametrami niż w stanie aktywnym (normalnym), m.in. mniejszym wzmocnieniem prądowym.

24 Obszary pracy tranzystora npn

25 Tranzystor bipolarny – zasada działania
O, już słyszę ten jęk: "Ale czy to w ogóle można zrozumieć ?!" No cóż, po wykonaniu wielu doświadczeń (na ludziach) jestem skłonny twierdzić, że można. Oczywiście nie od razu w całej pełni, rozumienie wszystkich subtelnych zjawisk zachodzących w tranzystorach to przywilej nielicznych, ale większość zainteresowanych elektroniką może opanować tę sprawę na tyle, żeby opracowywać własne układy. Tylko nie trzeba zaczynać od strasznie dłuuugich wzorów z baaardzo mądrych książek. Spróbujmy zacząć od dość ważnego, a zwykle pomijanego stwierdzenia: tranzystor nie działa, jakby to rzec, sam z siebie. Działa, kiedy konstruktorzy technolodzy dołożą odpowiednio wielu starań, żeby działał. Właściwie tak samo jest ze wszystkimi rzeczami: np. rower daje się używać, kiedy kółka obracają się na kulkowych łożyskach, a nie są np. przyspawane do ramy. Dlatego nie jest tak, że wystarczy sklecić ze sobą trzy warstwy półprzewodnika o odpowiednich przewodnościach i już będzie tranzystor. Ciąg dalszy pod poniższym adresem:

26 pnp npn IC=hFE· IB=b·IB
Aby tranzystor znajdował się w stanie normalnej pracy to muszą być spełnione następujące warunki: dla tranzystora npn potencjał kolektora musi być wyższy od potencjału emitera, dla tranzystora pnp potencjał kolektora musi być niższy od potencjału emitera, „dioda” baza-emiter musi być spolaryzowana w kierunku przewodzenia, a „dioda” kolektor-baza w kierunku zaporowym, nie mogą zostać przekroczone maksymalne wartości IC, IB, UCE, moc wydzielana na kolektorze IC· UCE, temperatura pracy czy też napięcie UBE. pnp npn Jeżeli tranzystor jest w stanie normalnej pracy czyli spełnia powyższe warunki to z dobrym przybliżeniem prawdziwą jest zależność, którą warto zapamiętać: IC=hFE· IB=b·IB gdzie hFE jest współczynnikiem wzmocnienia prądowego nazywanego również betą. Współczynnik ten może przyjmować wartości od 50 do 300A/A dla tego samego typu tranzystora, a więc nie jest dobrym parametrem na którym można opierać parametry projektowanego układu.

27 Tranzystor pracujący w układzie wzmacniacza
Tranzystor pracujący w układzie wzmacniacza. Złącze kolektor-baza jest spolaryzowane zaporowo (bateria EC), natomiast złącze baza-emiter w kierunku przewodzenia (bateria EB) Rozpływ prądu w tranzystorze npn. Ponieważ złącze baza-emiter jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia to istnieje przepływ dziur z obszaru p do obszaru n oraz przepływ elektronów z obszaru n do obszaru p. Elektrony wprowadzane z emitera do bazy stają się tam nośnikami mniejszościowymi i drogą dyfuzji oddalają się od złącza emiterowego. Część tych elektronów łączy się z dziurami, których w bazie jest bardzo dużo (obszar p). Wszystkie elektrony, które dotrą w pobliże złącza kolektor-baza są unoszone do obszaru kolektora. Dla niedużej szerokości obszaru p (bazy) praktycznie wszystkie elektrony wstrzykiwane przez emiter do bazy dotrą do kolektora. Bardzo ważnym jest aby strata elektronów w bazie była jak najmniejsza.

28 Charakterystyki tranzystora
Prąd kolektora IC jest tu funkcją napięcia baza-emiter UBE. Charakterystyka ta ma charakter wykładniczy. Dla tranzystora współczynnik korekcyjny m jest praktycznie równy jeden i wzór opisujący charakterystykę przejściową można z dobrym przybliżeniem przedstawić jako: Charakterystyka wyjściowa tranzystora, która przedstawia zależność prądu kolektora IC od napięcia kolektor-emiter UCE przy doprowadzonym napięciu wejściowym baza-emiter UBE. Zauważmy, że: powyżej pewnego napięcia prąd kolektora prawie nie zależy od napięcia UCE, do wywołania dużej zmiany prądu kolektora IC wystarczy mała zmiana napięcia baza-emiter UBE. Punkt, w którym następuje zagięcie charakterystyki wyjściowej nazywany jest napięciem nasycenia kolektor-emiter UCEsat.

29 Charakterystyki U-I tranzystora npn w konfiguracji OE
UCEsat - parametr katalogowy, podawany przy określonej wartości IC oraz IB. UCEsat = 0,2 ÷2V Tranzystory małej mocy

30 Charakterystyki wyjściowe tranzystora npn (przykłady OB i OE)

31 Tranzystor bipolarny w konfiguracji OE – obszary pracy

32 Parametry graniczne tranzystora przekroczenie grozi uszkodzeniem
UCE0max - maksymalne dopuszczalne napięcie kolektor-emiter UEB0max - dopuszczalne napięcie wsteczne baza-emiter UCB0max - dopuszczalne napięcie wsteczne kolektor-baza ICmax - maksymalny prąd kolektora IBmax - maksymalny prąd bazy Pstrmax - maksymalna dopuszczalna moc strat

33 Parametry tranzystora BC 211

34 Parametry tranzystora BC 211