ii semestar (2+2+1) nastavnik: prof. dr dragan pantić...

II semestar (2+2+1)

Nastavnik: Prof. dr Dragan Pantić, kabinet 337dragan.pantic@elfak.ni.ac.rs

Predavanje XII

5/28/2012

Elektronske komponente -

Obnavljanje - Aktivne komponente 3

Polaganje ispita

Ocena – maksimalan broj poena je 100

Predispitne obaveze Završni ispit

Aktivnost u toku predavanja 5 Pisani deo ispita 25

Domaći zadaci, testovi, ... 5 Usmeni deo ispita 25

Laboratorijske vežbe 10

Kolokvijum I

Kolokvijum II

15

15

S 50 S 50

Ocena 10 – od 96 – 100 poena

9 – od 86 – 95 poena

8 – od 76 – 85 poena

7 – od 66 – 75 poena

6 – od 55 – 65 poena

5/28/2012

Elektronske komponente -

Obnavljanje - Aktivne komponente 4

5 5/28/2012

Osnovne osobine

poluprovodnika

Elementarni poluprovodnici u

periodnom sistemu elemenata

Dijamantska kristalna struktura Si

5/28/2012

Elektronske komponente -

Pasivne komponente 6

7 5/28/2012

Osnovne osobine

poluprovodnika

Šematski prikaz Si atoma u ravni

(atomski broj silicijuma je 14)

KOVALENTNA HEMIJSKA VEZA

Sopstveni poluprovodnik

5/28/2012 Osnovne osobine poluprovodnika 8

9 5/28/2012

Osnovne osobine

poluprovodnika

Sopstvena

koncentracija nosilaca

naelektrisanja ni

Slobodni elektroni n0 i

šupljine p0

Uticaj temperature na

generisanje nosilaca i

rekombinaciju

Na svakoj temperaturi se

uspostavlja ravnoteža

Kod “čistog” Si uvek važi

da je n0 = p0 = ni

ni = 1.13 1010 cm-3 na

T=300K

10 5/28/2012

Osnovne osobine

poluprovodnika

Energetske zone duž jednog pravca u

“čistom” (sopstvenom) Si na T = 0K

11 5/28/2012

Osnovne osobine

poluprovodnika

12 5/28/2012

Osnovne osobine

poluprovodnika

Širina zabranjene zone Provodna i valentna zona

su razdvojene nizom

energetskih nivoa koje

elektron ne može zauzeti

– zabranjena zona

Predstavlja najmanju

energiju koju je potrebno

dovesti elektronu u

valentnoj zoni da bi on

“prešao” u provodnu zonu

Širina zabranjene zone

se smanjuje sa

povećanjem temperature

13 5/28/2012

Osnovne osobine

poluprovodnika

Primesni poluprovodnici

Električna svojstva poluprovodnika u najvećoj meri zavise od prisustva nekih stranih elemenata, primesa.

Primese su uvek prisutne u poluprovodniku

Od posebnog značaja su primese koje mi u poluprovodnik unosimo kontrolisano

Koncentracije primesa su u opsegu od 1014cm-3

do 1022cm-3

Primese su najčešće trovalentni ili petovalentni atomi.

14 5/28/2012

Osnovne osobine

poluprovodnika

Poluprovodnici n-tipa

Dodajemo petovalentne atome

P, As, Sb

Ove primese “daju” elektrone pa se zato nazivaju donorske primese ili donori

ND koncentracija donora

Koncentracija šupljina je daleko manja

n0 je približno jednako ND

Elektroni su većinski a šupljine manjinski nosioci naelektrisanja u n-tipu poluprovodnika

ED donorki nivo u blizini dna provodne zone

15 5/28/2012

Osnovne osobine

poluprovodnika

16 5/28/2012

Osnovne osobine

poluprovodnika

Poluprovodnici p-tipa Dodajemo trovalentne atome

B, Al, Ga, In

Ove primese “primaju” elektrone kako bi dopunili kovalentnu vezu pa se zato nazivaju akceptorske primeseili akceptori

NA koncentracija akceptora

Koncentracija šupljina je daleko manja

p0 je približno jednako NA

Šupljine su većinski a elektroni manjinski nosioci naelektrisanja u p-tipu poluprovodnika

EA akceptorski nivo u blizini vrha valentne zone

17 5/28/2012

Osnovne osobine

poluprovodnika

Sopstveni poluprovodnik

Broj slobodnih elektrona n0 je jednak broju

slobodnih šupljina p0

n0 = p0 = ni = pi

kT

EEN

kT

EENn VFi

v

FiC

ci expexp

5/28/2012

Elektronske komponente -

Obnavljanje - Aktivne komponente 19

N-tip poluprovodnika

P-tip poluprovodnika

5/28/2012

Elektronske komponente -

Obnavljanje - Aktivne komponente 20

pn-spoj

ANODAKATODA

Planarna epitaksijalna dioda

(manja redna otpornost i veći probojni napon)

Strujno-naponska karakteristika

5/28/2012

Elektronske komponente -

Obnavljanje - Aktivne komponente 26

27 5/28/2012 Diode

5/28/2012

Elektronske komponente -

Obnavljanje - Aktivne komponente 28

Struktura BJT

5/28/2012 29

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/28/2012 30

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Struje kroz BJT tranzistor

5/28/2012 31

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/28/2012 32

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/28/2012 33

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/28/2012 34

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/28/2012 35

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Polarizacija npn i pnp bipolarnog tranzistora

5/28/2012 36

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Kolektorska struja

5/28/2012 37

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/28/2012 38

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Koeficijent strujnog pojačanja

(DC bDC i DC aDC)

Odnos izlazne - kolektorske struje IC i ulazne -

bazne struje IB zove se koeficijent strujnog

pojačanja bDC:

Odnos kolektorske struje IC i emitorske struje IEzove se koeficijent strujnog pojačanja aDC:

Tipične vrednosti se kreću

od 20 do 200 i više!!

Tipične vrednosti se kreću

od 0.95 do 0.99, ali su uvek

manje od 1!!

5/28/2012 39

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Veza između koeficijentata strujnog pojačanja

tranzistora sa zajedničkim emitorom

a

ab

1

1E

C

E

C

CE

C

B

C

I

I

I

I

II

I

I

I

a

ab

1 b

ba

1

5/28/2012 40

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

IC=8mA

VCE=3.5V

RC=375W

5/28/2012 41

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Dozvoljeno "pomeranje" radne tačke po radnoj

pravoj (a) i deformacija izlaznog signala kada

radna tačka "zalazi" i u oblast saturacije i u

prekidnu oblast (b)

Pregled: Bipolarni tranzistori

CUTOFF:

Pregled: Bipolarni tranzistori

SATURACIJA:

Električni model tranzistora Osnovni model se zove Ebers-Molov model

U normalnom režimu rada, kada je emitorski spoj direktno, a kolektorski spoj inverzno polarisan, spoj kolektor-baza predstavljamo strujnim izvorom koji zavisi od vrednosti napona VBE izmađu baze i emitora.

S obzirom da je IC = IE + IB ≈ IE, a struja IE je struja direktno polarisanog emitorkog spoja:

Direktno polarisani emitor-bazni spoj se na uprošćenom Ebers-Molovom modelu predstavlja diodom, sa strujom

IB = IC/(b+1)

T

BEsEC

U

VIII exp

5/28/2012 45

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/28/2012 46

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/28/2012

Elektronske komponente -

Obnavljanje - Aktivne komponente 47

Struktura MOS tranzistora

5/28/2012

Elektronske komponente -

Obnavljanje - Aktivne komponente 49

Vrste MOS tranzistora

N-kanalni MOS tranzistor

P-kanalni MOS tranzistor

5/28/2012

Elektronske komponente -

Obnavljanje - Aktivne komponente 54

5/28/2012

Elektronske komponente -

Obnavljanje - Aktivne komponente 56

Struja između sorsa i drejna ne prestaje i kada se kanal

prekine, jer se MOS tranzistor ponaša kao bipolarni tranzistor

u stanju prodiranja

5/28/2012

Elektronske komponente -

Obnavljanje - Aktivne komponente 58

22 )(2)(22

DDTGnDDTG

ox

oxn

D VVVVVVVVLt

WI b

TRIODNA OBLAST

2TGnD VVI bOBLAST ZASIĆENJA

Grafička konstrukcija prenosnih karakterisika n-

kanalnog MOS tranzistora na osnovu poznatih

izlaznih karakterisika

Ekvivalentno kolo MOS tranzistora

za male signale i niske učestanosti

Parazitne kapacitivnosti u n-kanalnom MOS tranzistoru

Parazitne kapacitivnosti u n-kanalnom MOS tranzistoru

Ekvivalentno kolo MOS tranzistora za

male signale i visoke učestanosti