Bipolarni tranzistor

Koncept pojačavača

2

• Pojačavač je četvoropol koji pojačava snagu signala (napon, struju).

iz ulv t A v t

Koncept pojačavača

3

• Pojačavač se može realizovati pomoću kontrolisanog izvora.

iz1 1 ul

P

0,v kv v vR

iz ul Pv k v R

Bipolarni tranzistor - principi

4

1. Ubacivanje slobodnih naelektrisanja

• Inverzno polarisani PN spoj• Slobodna naelektrisanja koja su

ubačena u osiromašenu oblast se kreću pod uticajem električnog polja

• Kondukciona struja

Bipolarni tranzistor - principi

5

2. Asimetrično dopiranje

• Direktno polarisani PN spoj• Koncentracija donora veća od

koncentracije akceptora• Struju čine elektroni

Bipolarni tranzistor

6

• Tranzistor je poluprovodnička komponenta koja može da radi u nekoliko režima, koji se mogu kontrolisati naponima između njegovih priključaka. U zavisnosti od režima rada, tranzistor može pojačavati signal ili se ponašati kao prekidač.

• Bipolarni tranzistor je tip tranzistora kod koga električnu struju čine oba nosioca naelektrisanja – elektroni i šupljine.

• Bipolarni tranzistor su 1947. konstruisali, John Bardeen, WalterBrattain i William Shockley iz Bell laboratorije.

• Otkriće tranzistora je omogućilo složenije elektronske uređaje i trasirao put ka razvoju integrisanih kola.

Bipolarni tranzistor - istorija

7

• Nobelova nagrada za fiziku 1956. godine

John Bardeen Walter Brattain William Shockley

Bipolarni tranzistor - istorija

8

Struktura bipolarnog tranzistora (NPN)

9

Struktura bipolarnog tranzistora

10

Poprečni presekBC107

Režimi rada

11

Naponi Emitorski Kolektorski RežimVBE>0, VCB>0 direktno inverzno aktivna oblast

VBE>0, VCB

Tranzistorski efekat – aktivan režim

12

CB CE BE 0V V V

Tranzistorski efekat – koncentracija nosilaca

13

Tranzistorski efekat – aktivan režim

14

Tranzistorski efekat – aktivan režim

15

Tranzistorski efekat – aktivan režim

16

Kolektorska struja

17

AE – površina emitorskog spojaWB – širina oblasti bazeNB – koncentracija akceptora u bazi

BE BEC S S

T T

exp 1 expV VI I IV V

2E e n

SB B

iA q n DIW N

Zavisnost struje kolektora od napona VBE

18

• Prenosna karakteristika• VCE konstantno• Familija karakteristika za

različite vrednosti VCE

Zavisnost struje kolektora od napona VCE

19

• Izlazna karakteristika• VBE konstantno• Familija karakteristika za

različite vrednosti VBE

Merene karakteristike

20

Primer

21

Parametri tranzistora: IS=5·10-17A, β=100:

Primer

22

Parametri tranzistora: IS=5·10-17A, β=100:

Primer

23

Parametri tranzistora: IS=5·10-17A, β=100:

Primer

24

Parametri tranzistora: IS=5·10-17A, β=100:

Zavisnost struje kolektora od napona VCE

25

• Strujni izvor kontrolisan naponom VBE

• Pojačavač!

Struje

26

Struje

27

• Struja koju čine šupljine (struja baze) je proporcionalna struji koju čine elektroni (struji kolektora):

• β je strujno pojačanje, zavisi od tipa tranzistora (50-200).

C CI Iβ

E B C B1I I I Iβ

Polarizacija

28

• Parametri tranzistora: IS=5·10-16A• ΔVul=10mV

ulC S

T

exp 1VI IV∆

∆

uliz P C P S

T

exp 1VV R I R IV∆

∆ ∆

16iz P C P 2.34 10 AV R I R∆ ∆

Polarizacija

29

• Za pojačanje 10, izlazni napon je Viz=100mV, dobija se:

16izP

C

4,25 10VRI

∆Ω

∆

Polarizacija

30

Polarizacija

31

• Parametri tranzistora: IS=5·10-16A• ΔVul=10mV, VBE=750mV.

ul 0C S

T

exp 1V VI IV

Polarizacija

32

Za Vul=0

Polarizacija

33

Za Vul=10mV

Polarizacija i radna tačka

34

• Bez polarizacije (V0=0) promena napona Vul od 10mV izaziva promenu kolektorske struje reda veličine 10-16A.

• Sa polarizacijom naponom V0=750mV, promena napona Vul od 10mV izaziva promenu kolektorske struje od 0,78mA.

• Radna tačka tranzistora određena je naponima polarizacije VBE, IC, VCE.

izP

C

128VRI

∆Ω

∆

Polarizacija i radna tačka

35

Transkonduktansa

36

• Transkonduktansa predstavlja količnik promene struje kolektora i promene napona između baze i emitora:

dIgdV

CmBE

Transkonduktansa

37

dIgdV

CmBE

exp 1VI IV

BE

C ST

expI IVgV V V

S CBE

mT T T

Transkonduktansa

38

Transkonduktansa

39

• Transkonduktansa zavisi od radne tačke tranzistora.• Pojačanje je proporcionalno transkonduktansi.• Transkonduktansa je proporcionalna struji kolektora, veća

transkonduktansa (samim tim i pojačanje) zahteva veću snagu generatora koji napaja kolo.

Bipolarni tranzistorKoncept pojačavačaKoncept pojačavačaBipolarni tranzistor - principiBipolarni tranzistor - principiBipolarni tranzistorBipolarni tranzistor - istorijaBipolarni tranzistor - istorijaStruktura bipolarnog tranzistora (NPN)Struktura bipolarnog tranzistoraRežimi radaTranzistorski efekat – aktivan režimTranzistorski efekat – koncentracija nosilacaTranzistorski efekat – aktivan režimTranzistorski efekat – aktivan režimTranzistorski efekat – aktivan režimKolektorska strujaZavisnost struje kolektora od napona VBEZavisnost struje kolektora od napona VCEMerene karakteristikePrimerPrimerPrimerPrimerZavisnost struje kolektora od napona VCEStrujeStrujePolarizacijaPolarizacijaPolarizacijaPolarizacijaPolarizacijaPolarizacijaPolarizacija i radna tačkaPolarizacija i radna tačkaTranskonduktansaTranskonduktansaTranskonduktansaTranskonduktansa