Download - III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
1/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet :
ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJAII
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
1
TRANZISTORIo
BIPOLARNI TRANZISTORIo UNIPOLARNI TRANZISTORI
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
2/144
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
3/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
3
Tranzistorje poluprovodniki ili poluvodiki elektroniki element .
Koristi se za :
pojaavanje elektrinih signala,kao elektronika sklopka,za stabilizaciju napona,
modulaciju signala
i
mnoge druge primjene.
Osnovni je konstrukciono postojei kao tvorni element mnogih
elektronikih sklopova,integrisanih krugova
i
elektronikih raunra.
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
4/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
4
Tranzistori se prema nainu rada dijele u dvije glavne grupe:
1.bipolarnetranzistore (eng. BJT- Bipolar Junction Transistor)kod kojih vodljivost ovisi o manjinskim nositeljima elektrinog naboja
(elektronima u NPN ili upljinama u PNP tipu)
te
2.unipolarnetranzistore (eng. FET- Field Effect Transistor)kod kojih vodljivost ovisi samo o veinskim nositeljima elektrinog naelekrisanja ili naboja
(elektronima u N-kanalnom ili upljinama u P-kanalnom tipu).
Pod pojmom tranzistor najee sepodrazumijeva ranije otkriveni bipolarni spojni (junction )tranzistor,
a
kada se govori o unipolarnom tranzistoruredovno se naglaavao kojoj se vrsti unipolarnog tranzistora radi.
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
5/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
5
Bipolarni spojni tranzistor (BJT)
je
strujno upravljani strujni elektroniki element sa tri stezaljke.
Sl.1.:Izgled i simbol BJT tranzistora
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
6/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
6
Sl.2.:Bipolarni spojni (junction) tranzistor NPNu strujnom kolu
Simbol PNP bipolarnog tranzistora Simbol NPN bipolarnog tranzistora
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
7/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
7
NPN bolarni tranzistor
NPN tranzistor
Tranzistor BJT tip NPNu strujnom kolu
Kuie BJT tranzistora Tipovi BJT tranzistora
Sl.2.:Bipolarni tranzistor (BJT) tip NPN
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
8/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
8
BIPOLARNI TRANZISTOR KAO POJAIVA
o
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
9/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
9
I S T O R I J ARAZVOJA BJTTRANZISTORA
7
Tranzistor(transfer resistor
prijenosnik otpora)
Prvi tranzistor: decembar
1947. Barden, Brattain i
Shockley (Bell Labs)Rezultati objavljeni u ljeto
1948.
BJTBipolar Junction
Transistor
Slika 3.:Model prvog tranzistora
Bipolarni tranzistori BJT
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
10/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
10
STANJE TEHNIKErazvoja BJT tranzistora
Slika 4.:TEHNIKA IZVEDBA BIPOLARNOG TRANZISTORAu sadanjem stanju tehnike
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
11/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
11
9
BIPOLARNI TRANZISTORI
Struktura i princip rada Klasifikacija; Karakteristike; Ekvivalentna kola;
Analiza tranzistorskihih kola,BAZA
EMITOR
KOLEKTOR
Modelovanje
tranzistora
Slika 4.:
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
12/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
12
8
Osnovna ideja:
naponom i strujom (tipino velikim) u izlaznomelektrinom krugu upravlja se pomou struje (male)iz drugog, ulaznog, kruga BJT jestrujnoupravljan element
Aktivni poluvodiki elementi (zahtijevaju napajanjeza normalan rad)
U pravilu imaju tri elektrode
Za razliku od unipolarnih tranzistora, za operacijubipolarnih tranzistora kljuni su veinski,no imanjinski nositelji naboja. Dakle, bitna su obapolariteta nositelja naboja, pa onda i ime:bipolarnitranzistori.
Koriste se kao pojaala i elektronike sklopke.
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
13/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
13
9
P P PN N NE C
B B
E C
E C
B
E C
B
a) b)
Slika 5.: Tri elektrode koje tranzistor ima su: E emiter (emitira
nositelje naboja), C- kolektor (sakuplja nositelje naboja), B baza
(upravlja protokom iz emitera u kolektor).
a) P-N-P b) N-P-N
ematski prikaz i simbol BJT tipova
Spoj dva PN spoja
Jo se nazivaju i
spojni (junction).
Osnovna razlikaizmeu NPN i PNP
tipa su,
konstrukcijski
gledano, obrnuti
tipovi poluprovodnika,
a u koritenju obrnute
polarizacije elektroda
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
14/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
14
10
Spajanje tranzistora
Ulazni i izlazni krug.
Dvije baterije koje osiguravaju potrebne napone tj.
polarizacije.
Mogua je i izvedba s jednom baterijom kojom se
realiziraju dva napona.
Ovisno o vrstama spoja (zajednikoj elektrodi) tranzistoramoemo imati 3 razliita spoja tranzistora:
spoj sa zajednikom bazom (ZB)
spoj sa zajednikim emiterom (ZE)
spoj sa zajednikim kolektorom (ZC)
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
15/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
15
11
Slika 5.:PNP tranzistor u spoju sa zajednikom bazom
(za NPN polarizacije baterija okrenute)
P PN
E B
+ -UEB
+ -UCB
IEIB
IC
+ -UEB
+ -UCB
IEIB
IC
E C
B
PNP
Ulazni krug: krug E-B Izlazni krug: krug C-B
Baza je zajednika za ulazni i izlazni krug pa kaemo da se radi o spoju
sa zajednikom bazom (ZB)
Kod uobiajenog rada tranzistora, bez obzira na vrstu spoja (ZB, ZE ili
ZC), u normalnom radu tranzistora, dioda emiter-baza polarizirana jepropusno, a dioda kolektor-baza nepropusno.
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
16/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
16
12
Slika 6.: Unutranja kretanja nositelja naboja u normalnopolariziranom PNP tranzistoru u spoju sa zajednikom bazom (ZB)
P PN
E CB
+ -UEB
+ -UCB
IEIB
IC
-IR ICB0
IPCIPE
-INE
E E
Osnovni princip rada bipolarnog tranzistora
Napomena: struje sa negativnim
predznakom se odnose na strujekoje se sastoje od gibanjanegativnog naboja (elektrona),
dakle suprotno od konvencije dasmijer struje odgovara smijeru
gibanja pozitivnog naboja.Podsjetimo se ako se elektronigibaju u jednom smijeru, to znai
da se upljine gibaju u
suprotnom smijeru. Ako sestruja naznai u smijeru gibanja
elektrona, onda jekonvencionalni smijer strujesuprotan, zato se stavlja -.
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
17/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
17
13
IPE
struja + nositelja u E
INE
struja - nositelja (iz B;uzima se kretanje sl. elektrona,dakle negativnih naboja, papredznak -) u E
P PN
E CB
+ -
UEB
+ -U
CB
IE
IBIC
-IR I
CB0
IPCIPE
-INE
E E
Prvo ocite struje:
Spoj EB je PROPUSNO
polariziran kroz PN spojdifuzno prolaze VECINSKI
nositelji:
NEPENEPEE IIIII )(
1. Kirchh.zakon
Slika 7.:
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
18/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
18
14
ICB0 struja zasienja (zapornopolariziranog PN spoja CB)
IPC ovo nije tako oito; slijediobjanjenje
P PN
E CB
+ -
UEB
+ -U
CB
IEIB
IC
-IR ICB0
IPCIPE
-INE
E E
Prvo oite struje:
Spoj CB je NEPROPUSNOpolariziran kroz PN spojprolaze driftno samo
MANJINSKI nositelji:
to sa ostalim strujama?Slika 8.:
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
19/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
19
15
P PN
E CB
+ -UEB + -UCB
IEIB
IC
-IR ICB0
IPCIPE
-INE
E E
KLJUNA IDEJA:
Fizika irina baze znatno manjaod difuzijske duljine upljina kojise injektiraju iz E.
Posljedica velika veina upljinaiz E, umjesto da se rekombinira u B,doe do zapornog CB spoja, tu ihzahvaa polje kontakta itransportira u kolektor (jer suupljine u B manjinski nositelji, asjetimo se, polje kontakta nesprijeava manjinske nositelje pri
prolazu, dapae). Dakle, emiterodailje (emitira) upljine, akolektor is skuplja (kolekcionira) odavde imena elektroda E i C.
Ove upljine sainjavaju IPC.PCCBC III 0
Slika 9.:
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
20/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
20
16
P P
E CB
+ -UEB
+ -UCB
IEIB
IC
-IR ICB0
IPCIPE
-INE
E ETek manji dio upljina iz E (oko
1%) uspije se rekombinirati sa
elektronima u B, sainjavajui IR,pa je:
0
0)(
CBRNE
CBRNEB
III
IIII
Na svaki elektron koji doe u B, E treba poslati cca 100 upljina da bise elektron rekombinirao (jer ih se cca 99 transportira u C prije nego sestignu rekombinirati u B).
IPC je cca 100 puta vea od IR mala promjena IR izaziva cca 100 putaveu promjenu IPE, zbog toga i IPC, a samim tim IC(jer je ICBO
zanemarivo mala prema IPC , pa IPC IC ) ovo je poja
iva
ki efekttranzistora
Slika 10.:
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
21/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
21
17
P PN
E CB
+ -
UEB
+ -U
CB
IEIB
IC
-IR ICB0
IPCIPE
-INE
E E
IRje kontrolirana preko IB (kojase, ako je shema spajanja
tranzistora takva (ovdje NE), iz
vanjskog svijeta moe
podeavati).
No, dio IB se ne iskoristi, ve se
izgubi na struje INE i ICBO (jer
one ne sudjeluju u pojaivakom
efektu, koji zavisi samo o IR)
Stoga se BJT izrauje da se ove
beskorisne struje minimiziraju
ICBOje vrlo mala, no INE (veinski nositelji iz baze) u principu moe biti znatna
ovo bi znailo da se znatan dio IB ne iskoristi za pojaanje (tj. za IR), ve
jednostavno izgubi difundiranjem u E
Stoga se BJTizrauje tako da INE bude to manja baza je zato znatno manje
oneiena od emiteraINEje znatno manje od IPE
Slika 11.:
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
22/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
22
18
Istosmjerni faktor strujnogpojaanja spoja ZB (za
smjerove struja kao na slici):
E
CPCCBCBPCC
E
PC
I
IIIIIII
I 00 ,
P PN
E CB
+ -UEB
+ -UCB
IEIB
IC
-IR ICB0
IPCIPE
-INE
E E
Izmjenini faktor strujnog pojaanja:
konstUE
C
CBi
i
'
0.95,0.995Spoj ZB nema strujnog pojaanja!
BITNO!
Slika 12.:
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
23/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
23
19
No, pogledajmo naponsko pojaanje
(omjer promjene ulaznog napona UEB
i
izlaznog napona UCB
).
P PN
E CB
+ -UEB
+ -UCB
IEIB
IC
-IR
ICB0
IPCIPE
-INE
E E
Dinamiki otpor ulaznog kruga
(propusno polariziran spoj EB) je malen.
Dinamiki otpor izlaznog kruga (zaporno
polariziran spoj CB) je velik.
Spoj ZB ima veliko naponsko pojaanje!
Slika 13.:
S obzirom da su ulazna i izlazna struja priblino iste (IE IC), po Ohmovom
zakonu (U=I x R) slijedi da e promjena ulazne struje izazvati malu
promjenu ulaznog napona, no veliku promjenu izlaznog napona (jer je
izlazna struja priblino ista kao ulazna, ali izlazni dinamiki otpor je znatno
vei od ulaznog)
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
24/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
24
20
Spoj ZE
UBE+ -
UCE
IB
IE
IC
E
C
B
PNP
Za nepropusnu polarizaciju spoja kolektor-
baza mora biti ispunjen uvjet
BECE UU
Faktor strujnog pojaanja
(istosmjerni) spoja ZE :B
C
I
I
E
C
I
I
0:. CEB IIIzakonKirchI
1)( EE
E
CE
E
III
III
(obino 20..200)
Spoj ZE ima veliko i strujno i naponsko pojaanje najee koriten spoj!
BITNO!Uoiti da to je
blie 1, je vei!
Slika 14.:
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
25/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
25
21
Spoj ZC
Emitersko sljedilo
- veliko strujno pojaanje
- nema naponskog pojaanja (promjena ulaznog napona izaziva
praktino istu promjenu izlaznog napona)
UBC UEC
IB
IE
IC
C
B
PNP
Slika 15.:
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
26/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
26
22
Prema polarizaciji emiterskog i kolektorskog spoja, razlikujemo radtranzistora u etiri podruja:
Podruja rada BJT-a - BITNO
1. Normalno aktivno podruje EB propusno, CB nepropusno
2. Inverzno aktivno podruje CB propusno, EB nepropusno3. Podruje zasienja EB propusno, CB propusno
4. Zaporno podruje EB nepropusno, CB nepropusno
pojaalo
sklopka Praktino se ne koristi
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
27/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
27
DETALJNO
BIPOLARNI SPOJNI TRANZISTOR (BJT)Naziv tranzistor nastao je
kao sloenica dvije engleske rijei:transfer i resistor
to u prevodu znai prenosni otpor.
Bipolarni tranzistormoemo shvatiti kao spojdvaju PN- spojeva (dioda),
tj. kao poluprovodnika ili poluvodika cjelina PNP ili NPN tipau kojoj se sredinji sloj
naziva baza B,a preostala dva slojasu
emiter Ei kolektor C.
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
28/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
28
Rad spojnih tranzistora zasniva se na:1. injekcijiminoritetnih nosilaca naelektisanja,
2. to obavlja propusno polarizirani emiter,
3. transportu tih nosilaca kroz bazu,4. sakupljanju (kolekciji) u nepropusno polariziranom kolektoru.
U nazivu bipolarni tranzistor
sadrano je :
o osnovno znaenje ovog elektronikog elementa,o njegovo aktivno djelovanje koje se temelji nao sudjelovanju manjinskih i veinskih nosioca naboja slobodnih
elektrona i upljina.
Bipolarni spojnitranzistor je :etveropolkoji nastaje spajanjem dva pn spoja u jedan kristal.
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
29/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
29
Postoje dvije izvedbe,odnosno dva tipa bipolarnih spojnih tranzistora.
o Tip bipolarnog spojnog tranzistora zavisio redoslijedu povezanostipnspojeva ipojavljuje se kao npni pnp tip prema slici 1. (a).
******Srednji sloj ini bazu (B),
jedan krajnji sloj kolektor (C),a drugi krajnji sloj emiter tranzistora (E).
Razlika izmeu kolektorai emiterajeu u veoj dopiranosti emiterskog materijala.
Sloj baze jenajee slabije dopiran i vrlo je uski
tako da je udaljenost izmeu dva istovrsno dopirana spoja vrlo mala.
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
30/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
30
Slika 16.:(a) npni pnptip tranzistora, (b) praktina izvedba i (c) elektrini simbol
o Praktina izvedba tranzistora poprima razliite naine.oDva naina praktine izvedbe prikazuje slika 1. (b).
oElektrine simbole prikazuje slika 1. (c).oEmiter se prepoznaje kao vodisa strelicom.
oStrelica pokazuje smjer dogovorenog toka emiterske struje u sluaju propusnopolariziranog spoja baza-emiter.
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
31/144
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
32/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
32
Slika 17:Smjerovi ili tok nosioca naboja(naelektrisanja) kod tranzistora npn tipa
U aktivnom reimu rada spoj baza-emiterje
propusno polariziran naponom uBE, slika 1.1
Spoj kolektor-baza je nepropusno polariziran naponom uCB.
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
33/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
33
Kao pozitivni smjerstrujeje izabran smjer ulaza struje u tranzistor prekobaze i kolektorai
izlaza struje iz tranzistora preko emitera.
Kod propusno polariziranog spoja baza-emitersmjer struje je posljedica kretanja veinskih
nosioca naelektrisanja.
Elektroni difundirajuu bazu iz emitera, a upljine se pomiu od baze prema emiteru.
Budui je emiter dopiran vie od baze, u emiterskoj struji prevladava smjer elektrona.
U podruju baze elektroni postaju manjinskim nosiocima, a budui je sloj baze vrlo tanak,djelovanjem nepropusne polarizacije spoja kolektor-baza elektroni se ubrzavaju prema kolektoru.
Meutim, dok elektroni prelaze sloj baze, neki se rekombinacijom sa upljinama,kao veinskim nositeljima, uklanjaju.
Broj rekombinacijomizgubljenih elektrona je najee 5% njihovog ukupnog broja.
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
34/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
34
Preko spoja kolektor-bazatee i
slaba struja koja je
obino posljedica pomaka manjinskih nosioca naelektrisanja na nepropusno polariziranompn spoju.
Ta struja se naziva reverznom strujom zasienjai oznaava se kao ICBO.
Njezina vrijednost je reda veliine nekoliko mikroampera.
Reverzna struja zasienjaje struja koja tee od kolektorau sluaju kada je emiter odspojen,
to je oznaeno indeksom O.
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
35/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
35
Karakteristike tranzistoraMoe se pokazati da su struje u tranzistoru odreene sljedeim zakonitostima :
pri emu je ISE reverzna struja zasienja spoja baza-emiter,parametaroznaava strujnopojaanje zajednike bazei predstavlja
dio struje iEkoji doprinosi ukupnoj kolektorskoj struji,ICBOje reverzna struja zasienja spoja kolektor-baza u sluaju odspojenog emitera,
a UTje toplinski naponi odreen je izrazom
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
36/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
36
Napon UTpredstavlja naponski ekvivalent temperature
ikod temperature od 300 K ima vrijednost 25.861x 10-3V.
Drugi vaan parametar tranzistorajestrujno pojaanje zajednikog emiteraizraeno kao
Vrijednost parametra je priblino stalna i blizu je, ali uvijek manja od 1.
Najea vrijednost parametra je u rasponu od 0.9 do 0.988,
tako da je vrijednost parametra u rasponu od 9 do 500.
Promjene parametra su usko vezane s promjenama parmetra .
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
37/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
37
Slika 18:Statike karakteristikezamiljenog tranzistora u spoju zajednike baze(a)karakteristike emiterai (b)karakteristike kolektora
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
38/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
38
Prethodno navedeni modeli i jednaine vrijede u sluaju idealnog tranzistora.
Modeli i jednaineu sluaju realnog tranzistoraodstupaju od idealnih i najbolje se ogledaju ustatikim karakteristikama tranzistora.
Statike karakteristikezamiljenog npn tranzistoraprikazuje slika 1.2.
Emiterske karakteristike, slika 1.2 (a), prikazuju zavisnost emiterske struje iEo naponupropusne polarizacije emitera uBEza nekoliko vrijednosti napona uCB.
Vidljiva je zavisnost krivulje iE -uBEo naponu uCE.
Zavisnost je manja za naponeuCEvee od nekoliko volti.
KrivuljaiE -uBEpokazuje i temperaturnu zavisnost, pa tako kod silicijevog tranzistora, uz stalniiznos struje iE,napon uBEopada za 2 mVkod porasta temperature za 1 K.
Kolektorske karakteristike, slika1.2 (b), pokazuju zavisnost kolektorske struje iCprema naponukolektor-baza uCBuz razliite stalne iznose struje iE.
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
39/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
39
Kao to je i za oekivati iz gornjeg izraza, slijedi da je kolektorska struja iCu aktivnom podrujugotovo nezavisna o kolektorskom naponui zavisi samo o struji iE.
U idealnom sluaju, kada bi bilo jednako jedinici,kolektorska struja bi bila jednaka emiterskoj struji, iC= iE.
U sluaju realnog tranzistoraiCiEi krivulja ima mali nagib koji oznaavaslabu zavisnost o naponu uCB.
Za vee vrijednosti napona uCB,zavisnost se pojaava, te se u tehnikom podacima o tranzistorunavodi i napon proboja UCBOiznad kojega tranzistor ne moe raditi.
Kod toga napona iznos struje iCnaglo poraste.
Ako se ne prekorae dozvoljeni iznosi struja i temperature, tranzistor moe raditiu podruju proboja.
Slijedi unaem predavanju opis rada tranzistora u reimu zapiranja i zasienja, prema slici (b).
U aktivnom reimu rada, zbog odravanja nepropusne polarizacije spoja kolektor baza,napon uCB> 0.
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
40/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
40
Meutim, kada je uCB< 0, spoj kolektor-bazapostaje propusno usmjerenim,kod uCB= -0.6 V, struja koju daje emiter je smanjena te se smanjuje i iC.
U tom sluaju spoj kolektor-baza djeluje kao obina spojna dioda i struja moe poprimiti negativnuvrijednost.
Opisani rad, kada je uCB< -0.6 V, odgovara radu tranzistora u podruju zasienja.
Tranzistor pak radi u reimu zapiranja kada je iE= 0, uz uCB> -0.6 V,
emu odgovara iC= ICBO0 i spoj baza-emiter ne vodi.U nekim elektrinim krugovima tranzistor radi kao dvopolni element, s ulaznim i izlaznim
stezaljkama, pri emu baza tvori zajedniku stezaljku.
U spoju zajednike baze, karakteristike prikazane na slici 1.3(a) i (b)
se nazivajuulaznim, odnosno izlaznim karakteristikama.
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
41/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
41
Slika 19:Kolektorske karakteristikebipolarnog tranzistora npntipa
s naponom baza-emiterkao parametrom
O C
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
42/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
42
Najea primjena tranzistora je u spoju zajednikog emitera,
pri emu za ulaz signala slui baza, a izlaz kolektor.
U sluaju kada je ulazni napon jednak naponu baza-emiter,kao parametromizgled izlaznih karakteristika prikazuje slika 20.
Kada su krivulje priblino linearne do toke prekida, aktivno podruje odgovara naponu uCEizmeu 0.6 do 0.8 V.
Ako se linearne krivulje ekstrapoliraju u suprotnu stranu pozitivne osi uCE, sastaju se u toki -UAkoja se naziva Early-jevim naponom.
Tipina vrijednost napona UAse kod bipolarnih spojnih tranzistora kreeu rasponu od 50 do 100 V.
Early-jev efektdovodi do pozitivnog nagiba krivulja, a rezultat je irenja osiromaenog sloja spojakolektor-baza i smanjenja aktivne irine baze, pri porastu napona uBE.
Iz toga proizlazi i obrnuta proporcionalnost struje ISEu odnosu na irinu baze, to rezultiraporastom struje iC .
UNIVERZITET U BANJOJ LUCI
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
43/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
43
Poveanje struje iCse opisuje dodavanjem posebnog faktora struji ISE, te izraz za iCglasi
Ponaanje spoja zajednikog-emitera zamiljenog npnsilicijskog tranzistora prikazuje slika 1.4.
Ulazne karakteristike na slici 20(a) opisuju zavisnost iB -uBE.
Uoljiva je zavisnost o naponu kolektor-emiter, uCE.
Uzrok pojave napona proboja u spoju zajednikog emiterajesloeniji negoli kod spoja zajednike baze.
Napon iznad kojega tranzistor u spoju zajednikog emiterane moe pravilno raditi,naziva se naponom zadravanja, UCEO,
iotprilike iznosi polovnu vrijednosti napona proboja tranzistora u spoju zajednike baze UCBO.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCI
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
44/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
44
Slika 20: Statike karakteristike zamiljenog tranzistora u spoju zajednikog emitera (a) ulazne karakteristikei(b) izlazne karakteristike
UNIVERZITET U BANJOJ LUCI
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
45/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
45
POLARIZACIJA BIPOLARNOG TRANZISTORA
Najee primjenjivanu metodupostavljanja prednapona bipolarnog tranzistoraprikazuje slika 21.
Postavljanje prednapona tranzistoraje
postupak odabira vrijednosti napona i struja, UCEQ,ICQiIBQ,
koje uz zadani napon napajanja UCCodreuju radnu taku Q.
Pri tome je potrebno voditi rauna ostabilnosti radne take, tj. zadravanju stalnog iznosa struje kolektoraICQ
nezavisno o promjeni parametara tranzistora kao to sui ICBQ.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCI
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
46/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
46
Slika 21: Polarizacija bipolarnog tranzistora
UNIVERZITET U BANJOJ LUCI
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
47/144
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
47
Stabilnost radne take raste porastom otpora REismanjenjem iznosa otpora paralelne kombinacije R1i R2.
Otpor paralelne kombinacije R1i R2je manji to je struja I2vea u odnosu na struju IBQ.
Poveanje otpora R
Es ciljem stabilizacije radne ta
ke
ak dovodi do
smanjenja naizmjeninog pojaanja.
Kod postavljanja prednapona tranzistorskog pojaala s bipolarnim tranzistorom ne postoji optipostupak koji bi zadovoljio sve sluajeve.
Poslije poetno oblikovanog sklopa,
izvode se prilagoenja vezana uz zahtjeve koje postavlja izmjenino pojaanje.esto se pri poetnom oblikovanju prednaponskog kruga tranzistora, radi pravilnog hoda
izmjeninog napona u kolektorskom krugu, za pad napona na tranzistoru uzima polovina iznosanapona napajanja UCC, a za pad napona na otporniku RCiznos 3UCC/8.
U tom sluaju dozvoljeni pad napona na REiznosi UCC/8, a vrijednost otpora REje priblino
jednaka RC/3.Za zadane vrijednosti napona i struja UCC, ICQ, i
IBQ= ICQ/odabiru se otpori
UNIVERZITET U BANJOJ LUCI
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
48/144
PRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
48
Kod izbora otpora R1i R2treba uoiti da je UBjednako UE+ UBE,to za silicij priblino iznosi (UCC/8) + 0.7 V.
Ako se odabere I2= 5IBQ, onda su otpori
UNIVERZITET U BANJOJ LUCI
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
49/144
PRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
49
SPOJEVI TRANZISTORA
Pojaanje malih signala i upravljanje veim strujama malim signalima glavna je zadaaelektronikih sklopova.
Tranzistor u takvoj aplikaciji postao je najprikladniji aktivni element:malen, pouzdan i
ne iziskuje nikakav poseban napon grijanja,
kao to je to potrebno kod elektronskih cijevi.Ovisno o vrsti aplikacije najea su tri osnovna naina spajanja tranzistora,
a svaki od tih spojeva ima svoje odreene karakteristike.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCI
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
50/144
PRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
50
OSNOVNI SPOJEVI TRANZISTORA :
1. Spoj sazajednikom bazom,2. Spoj sazajednikim emiterom,
3. Spoj sazajednikim kolektorom.
Za sva tri osnovna spoja bipolarnog tranzistora vano je daPN-spoj emiter-baza bude propusno polariziran,
a PN-spoj kolektor-baza zaporno (nepropusno) polariziran,
tako da upravljana izlazna strujauvijek tee izmeu emitera i kolektora.Ovako polarizirane PN-spojevesmatramo normalnom polarizacijom tranzistora.
Analiza osnovnih spojeva tranzistora provedena je na PNP tipu tranzistora,a kod NPN tranzistora
normalna se polarizacija spojeva emiter-baza i kolektor-baza postie
suprotnim polaritetom napona napajanja, emu odgovaraju i suprotni smjerovi struja.Pozitivni smjerovi struja oznaeni su prema tranzistoru,
a polariteti prednapona oznaeni su u odnosu na zajedniku elektrodu (masu).
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
51/144
PRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
51
Strelica na elektrodi emitera kod simbolikog prikaza PNPi NPN trazistora
oznaava konvencionalan smjer struje emitera.
Kod PNP tranzistora upljine prelaze iz emitera u bazu,te je konvencionalan smjer struje iz vanjskog kruga u tranzistor (pozitivan).
Kod NPN tranzistora isti smjer gibanja imaju elektroni, tj. konvencionalan smjer struje je izemitera u vanjski krug (negativan).
Radi jednostavnijeg kasnijeg snaljenja navedimo osnovne jednaine struja tranzistorai njene komponente.
IE+ IB+ IC= 0
IE = IPE+ INE
IC= -IPC + ICBO
IB = -INE- IR- ICBO
IR= IPE - IPC
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
52/144
PRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
52
SPOJ BIPOLARNOG TRANZISTORA SA ZAJEDNIKOM BAZOM
U ulaznom strujnom krugu nalazi se emiter kao ulazna elektroda, dok se pojaani signal uzima skolektora tranzistora (izlazna elektroda).
Baza je zajednika elektroda ulaznom i izlaznom krugu,te se ovaj spoj naziva spoj sa zajednikom bazom.
Slika 22.: spoj sa zajednikom bazom.
UEE+
RE
UEB-IB
IE -IC
-UCBRC
UCC
+
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
53/144
PRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
53
Na slici 22.su naznaeni dogovoreni smjerovi struja, izvori napajanja,koji omoguavaju
normalnu polarizaciju emiterskog i kolektorskog PN-spoja,te prednaponi za PNP tranzistor.
Vano je naglasiti da i za ovakav spoj mora biti zadovoljen uslov:UCC> UEE
Struja ICi napon UCBpripadaju izlaznom krugu, a struja IEi napon UEBulaznom krugutranzistora.
Pojaanje tranzistora biti e to vee to vei dio emiterskestruje stigne do kolektora.
U tu svahu potrebno je da:
1. elektronska komponenta struje emitera INEbude to manje,jer se INEzatvara u krugu emiter-baza,
2. rekombinacija u bazibude to manja.
Uvest emo pojam efikasnost emiterakoji je to vei to je vei odnos struja IPE/INE.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
54/144
PRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
54
o Faktor injekcije ili efikasnost emiteradata je relacijom:
= IPE / (IPE + INE) = IPE / IE
o Efikasnost emiterabiti e bolja, tj. blia jedinici,to je omjer specifinih vodljivosti E/ Bvei,
a transport upljina kroz bazu povoljniji to je baza ua.
o Mjera za kvalitetu transporta je transportni faktor *,koji je definiran kao pozitivna bezdimenzionalna veliina:
* = IPC / IPE= 1 (IR/ IPE)
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
55/144
PRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
55
Na osnovu definicija za efikasnost emitera i transportni faktormogue je struje baze i kolektora izraziti u slijedeem obliku:
IC= -* IE+ ICBO
IB= -(1- *) IE- ICBO
Dakle, glavna komponenta struje kolektora izazvana je emiterskom strujom i proporcionalaproduktu efikasnosti emitera i transportnog faktora, pa se taj produkt naziva faktor strujnog
pojaanja tranzistora u spoju zajednike baze
=*
Sada struju kolektora i struju bazemoemo napisati pisati kao:
IC= -IE+ ICBO
IB= -(1- )I
E- I
CBO, gdje je
= - (IC ICBO) / IE= IPC / IE
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
56/144
PRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
56
o Kako je u spoju sa zajednikom bazom emiter ulazna elektroda, a kolektor izlazna elektroda,je faktor proporcionalnosti koji povezuje njihove struje.
o S obzirom na to da su i * i < 1, znai da je i uvijek manji od jedinice.
o Granice u kojima se on obino kree su od 0,95 do 0,995.
oDakle, tranzistor u spoju zajednike baze stvarno ne poveava struju, ali raspolae saznatnom mogunou naponskog pojaanja ( od 100 do 5000),
jer redovito vrijedi UCB >> UEB.
o To je omogueno velikom razlikom izmeu ulazne i izlazne otpornosti ovog spoja.
oUlazna otpornost je mala i iznosi od 10 do 50 , dok otpornost u kolektorskom krugumoe biti mnogo vea i obino iznosi od 100-1M.
oFaktor strujnog pojaanja je do sada bio definiran pomou istosmjernih struja. Ukolikose emiterska struja promijeni za iznos iE, onda e se i kolektorska struja promijeniti za iC
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
57/144
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
57
Struja ICBO
ostaje konstantna,
jer ona ne ovisi o emiterskoj struji.
iC = -iE ,
= - (iC/ iE)Ucb.
gdje je Ucb parametar .
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
58/144
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
58
Statike karakteristike bipolarnog tranzistoraza
spoj zajednike baze
Za praktinu primjenu tranzistoravano je poznavati
odnose izmeu pojedinih struja i napona tranzistora,tj. ovisnost izmeu pojedinih veliina koje karakteriziraju ulaz i izlaz tranzistora.
Ti odnosi sadrani su u statikim karakteristikama koje se snimaju s istosmjernim naponima,a predstavljaju srednju vrijednost karakteristika velikog broja tranzistora odreenog tipa.
U svakom osnovnom spoju tranzistora postoje po dva napona i dvije strujekoje su u meusobnoj ovisnosti,
pa je mogue postaviti 12 familija statikih karakteristika za svaki spoj.
Odreenu veu vanost predstavljaju samo etiri familije karakteristika.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
59/144
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
59
STATIKE KARAKTERISTIKE BIPOLARNOGTRANZISTORA:
1. Ulazne karakteristike,2. Izlazne karakteristike,
3. Prenosne karakteristike,4. Povratne karakteristike.
1. Ulazne karakteristike:
IE = f (UEB); pri emu je UCB parametar
Ulazne karakteristike daju zavisnost ulazne struje IEo ulaznom naponu UEBuz izlazni napon UCB, kao parametar.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
60/144
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
60
2.Izlazne karakteristike:
IC = f (UCB); pri emu je IE parametarIzlazne karakteristike daju zavisnost izlazne struje ICo izlaznom naponu UCB
uz ulaznu struju IEkao parametar.
Mali porast struje ICkoji nastaje s poveanjem napona UCB
moe se objasniti tako to porastom napona na nepropusno polariziranom spoju kolektor-bazapoveava se irina podruja potencijalne barijere, a smanjuje se efektivna irina baze.
Upravo smanjenjem efektivne irine baze umanjuje se i vjerojatnost ponitavanja manjinskihnosilaca u bazi,
pa prema tome i rekombinacija sastavnica struje baze,to izravno utjee na poveanje faktora strujnog pojaanja.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
61/144
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
61
3.Prenosne karakteristike:
IC= f (IE); pri emu je UCB parametar
Penosne karakteristike daju meusobnu zavisnost izlazne struje IC o ulaznoj struji IE uz izlazninapon UCBkao parametar.
Iz ovih se karakteristika odreuje faktor srujnog pojaanja tranzistora.
4.Povratne karakteristike:UEB= f (UCB) ; pri emu je IE parametar
Povratne karakteristike daju meusobni odnos ulaznog napona UEB o izlaznom naponu UCB uzulaznu struju kao parametar.
Iz ovih se karakteristika odreuje faktor naponskog povratnog djelovanja.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
62/144
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
62
SPOJ BIPLOARNOG TRANZISTORA SA ZAJEDNIKIM EMITEROM
Slika 23.: spoj sa zajednikim emiterom
U ulaznom strujnom krugu nalazi se baza kao ulazna elektroda,a kolektor je izlazna elektroda.
Emiter je zajednika elektroda ulaznom i izlaznom krugu,te se ovaj spoj naziva spoj sa zajednikim emiterom.
-IB
-IC
IE
RB
UBBUCC
RC
-UBE-UCE
++
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
63/144
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
63
Na slici su naznaeni dogovoreni smjerovi struja,
izvori napajanja,koji omoguuju normalnu polarizaciju emiterskog
i kolektorskog PN-spoja,te pednaponi za PNP tranzistor.
Struja ICi napon UCEpripadaju izlaznom krugu,a struja IBi napon UBEulaznom krugu tranzistora.
Vano je naglasiti da mora biti zadovoljen uslov:
UCC> UBB
Ovaj spoj tranzistora najee se primjenjuje u praksi,jer je u tom spoju snaga potrebna za upravljanje tranzistorom najmanja,
a poveanje signala najvee.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
64/144
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
64
U spoju zajednikog emitera vrijedi da je:
UCE = UBE+ UCB ,
Dakle,za nepropusnu polarizaciju spoja kolektor-baza mora takoer biti ispunjen uvjet UCE > UBE.
Poveanjem napona UCEpoveava se i apsolutni iznos napona UCB,
a smanjuje se efektivna irina baze.
Da bi pritom struja baze zadrala stalnu vrijednost,potrebno je poveati gustou manjinskih nosioca (slobodnih elektrona)
na rubu
barijere emiterskog spojita,odnosno poveati napon propusne polarizacije UBEspoja emiter-baza.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
d t ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
65/144
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
65
Ovisnost kolektorske struje o struji baze glasi:IC= (/1-) IB + ICBO /(1 - )
Kolektorska struja sastoji se od dva lana.
Prvi lan je proporcionalan struji baze,s faktorom proporcionalnosti:
= / (1-)
Veliina je faktor strujnog pojaanja tranzistora u spoju zajednikog emitera.
Zbog toga to je vrlo blizu jedinici, faktor strujnog pojaanja moe poprimiti znatnevrijednosti, tipino od 20 do 200.
Od tuda je vidljivo znatno pojaanje struje u spoju sa zajednikim emiterom.
Obzirom na to da redovito vrijedi UCE >> UBE, tranzistor u ovakvom spoju raspolae i saznatnim naponskim pojaanjem.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
66/144
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
66
Od tuda proizlazi da je znatno, takoer, i pojaanje snage to predstavlja razlog zbog kojegse spoj sa zajednikom bazom najee koristi.
Drugi lan u izrazu za kolektorsku struju je:ICEO= ICBO / (1-) = ICBO (1+)
Struja ICEOpredstavlja struju zasienja kolektorakada je struja baze jednaka nuli.
Otuda vrijedi da jeIC= -IE= ICBO (1+) = ICEO ; uz IB= 0.
Vidi se da je struja ICEOza faktor (1+) puta vea od sruje ICBO,
tj. one reverzne struje zasienja kolektora kakd je IE= 0.Iz prethodnih jednaina faktor strujnog pojaanja moemo izraziti kao :
= (IC ICBO)/ (IB+ ICBO)
Na jednak nain kao i kod spoja zajednike bazemogue je faktor strujnog pojaanja
definirati pomou promjena struja kolektora i baze relacijom := ( iC/ iB )Uce
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
67/144
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
67
Statike karakteristikebipolarnog tranzistora
za spoj zajednikog emitera
Za tranzistor u spoju sa zajednikim emiteromdaju se takoeulazne,
izlazne,prenosne
i
povratne karakteristike,
koje su definiu na analogan nain kaoi
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
68/144
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
68
u prethodnom spoju.
Postoji velika slinost izmeu pojedinih karakteristikaza spoj zajednikog emitera
ispoj zajednike baze,
samo se meusobno razlikuju pojedine oznake napona i struje.
Ulazne karakteristike:IB= f (UBE) ; UCE kao parametar
Izlazne karakteristike:IC= f (UCE) ; IB kao parametar
Prenosne karakteristike:IC= f (IB) ; UCE kao parametar
Povratne karakteristike:UBE= f (UCE) ; IB kao parametar
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
69/144
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
69
SPOJ TRANZISTORA SA ZAJEDNIKIM KOLEKTOROM
Slika 24.: spoj sa zajednikim kolektorom
U ulaznom strujnom krugu nalazi se baza kao ulazna elektroda,a emiterj je izlazna elektroda.
Kolektorje zajednika elektroda ulaznom i izlaznom krugu,
zbog ega se ovaj spon naziva spoj sa zajednikim kolektorom ili emitersko sljedilo.
-IB
IE
-IC
RB
UBB
UEE
RE
UBC
UEC
++
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
70/144
p
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
70
Na slici su oznaeni dogovoreni smjerovi struja,
izvori napajanja,koji omoguuju normalnu polarizaciju emiterskog i
kolektorskog PN-spoja,te prednaponi za PNP tranzistor.
Struja IE i napon UECpripadaju izlaznom krugu,a struja IB i napon UBCulaznom krugu tranzistora.
Naravno i ovdje
mora biti zadovoljen uslov :UEE > UBB
Spoj sa zajednikim kolektoromKarakterie
velika ulaznai mala izlazna otpornost.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
71/144
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
71
Koristei ove osobinetranzistor se u ovom spoju esto koristi kao transformator impedanse za prilagoavanje
visokoomskih izvora mjernih naponakoji se smiju samo malo opteretiti,
na instrumente s niskoomskim ulaznim otporima.
Otpor troila ukljuen je u emiterski vod ikroz njega tee sruja baze,
iz upravljakog kruga,i
radna struja emitera.
Zbog toga se na njemu gubi dio upravljakog napona.
Cjelokupni upravljaki napon spojen je na djelilo napona,koje se sastoji od diferencijalnog ulaznog otpora baza emiter i
otpora troila.
Poraste li upravljaki napon, povea se i struja troila.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
72/144
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
72
Uz to poraste i pad napona na troilu,
to smanjuje aktivni upravljaki napon izmeu baze i emitera.
Zbog ovakvog odnosa otpornosti u ulaznom i izlaznom krugu,te zbog upravljakog napona koji mora obavezno biti vei od izlaznog napona,
koji postoji samo na troilu,u spoju sa zajednikim kolektorom nema pojaanja napona,vesamo pojaanje struje.
Velika izlazna struja,
kod malog izlaznog napona,znai ujedno imali izlazni otpor.
Pri porastu ulaznog napona raste i pad naponana otporu troila,
a time i izlazni napon.
Ulazni i izlazni napon su dakle u fazi.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA II
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
73/144
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
73
Statike karakteristike bipolarnog tranzistoraza spoj zajednikog kolektora
Ulazne karakteristike:IB = f (UBC) ; UECje parametar
Izlazne karakteristike:IE= f (UEC) ; IB je parametar
Prenosne karakteristike:IE= f (IB) ; UECje parametar
Povratne karakteristike:UBC = f (UEC) ; IB je parametar
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
74/144
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
74
UNIPOLARNITRANZISTORI
SA
EFEKTOM POLJA
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
75/144
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
75
Tranzistor sa efektom polja
FETTRANZISTORI
Spojni tranzistor s efektom polja (FET - Field Effect Transistor)
jenaponski upravljani strujni elektroniki element s tri stezaljke.
Nain rada tranzistora s efektom poljase razlikuje od naina rada bipolarnog tranzistora.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
76/144
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
76
Osnovne razlike,
koje ujedno predstavljaju prednosti tranzistora s efektom polja,u odnosu na bipolarne tranzistore su vei ulazni otpor,
obino 107 ,
manji iznos uma,laka proizvodnjai
kod nekih izvedbi tranzistora,sposobnost rada sa strujama
i
snagama veeg iznosa.
Slika 25.:N-kanalni tranzistor sa efektom polja velike snage
Neke nedostatke FET tranzistora predstavljajusporost kada rade kao sklopke,
teui propusni pojas kada se koriste u sklopu pojaala.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
77/144
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
77
Tranzistor sa efektom polja(FET)
jetranzistorkoji koristi elektrino polje
kako bi kontrolisao oblik i time elektrinu provodljivostkanala tranzistora
jednog tipa nosioca naelektrisanjau poluprovodnikommaterijalu.
Fet,ovi su unipolarni tranzistorijer oni podrazumevaju funkcionisanje preko jednog tipa nosioca naelektrisanja.
Koncept FET-a
jepretea bipolarnim tranzistorima,iako je praktino implementiran nakon bipolarnih tranzistora
zbogogranienja poluprovodnikih materijala
irelativne jednostavnosti proizvodnje bipolarnih tranzistora u odnosu na FET.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
78/144
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
78
Tranzistor sa efektom poljaje
prvo patentiran od strane Julije Edgar Lilinfilda1926. i Oskar Hajla1934. godine,
alipraktini poluprovodniki ureaji (JFET) su proizvedeni dosta kasnije
nakon to je efekat tranzistoraposmatran i opisan od strane tima Vilijama kolijajau Belovim laboratorijama1947. godine.
Mosfet,koji je uveliko istisnuo JFET
ikoji je imao mnogo znaajniji efekat na razvoj elektronike ,
je izmiljen od strane Davon Kahngai Martin Atale1960. godine.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
79/144
INTERNO
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
79
FETtranzistori
mogu da buduure
aji za prenos ve
ine naelektrisanja,
kod kojih se struja prenosi mahom preko veine nocioca naelektrisanja,ili ureaji za prenos malo nosioca naelektrisanja,
kod kojih je struja proizvod protoka nosioca malo naelektrisanja.
Takav ureaj se sastojiod aktivnog kanala kroz koji nosioci naelektrisanja,
elektroni ili rupe,teku od sorsa ka drejnu.
Sors i drejn provodnici su povezani na poluprovodnik prekoomskih kontakta.Provodljivost kanala je funkcija primenjenog potencijala izmeu gejt i sors terminala.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
80/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
80
Tri kontakta FETa su: Sors (S), kroz koga nosioci naelektrisanja ulaze u kanal.
Po konvenciji, struja koja ulazi u S se oznaava sa IS.
Drejn (D), kroz koga nosioci naelektrisanja naputaju kanal.Po konvenciji, struja koja naputa kanal kroz D se oznaava sa ID. Napon Drejn-Sors je VDS.
Gejt (G), kontakt koji modulie provodljivost kanala.Primenom napona na G, moe da se kontrolie ID.
Slika 26.:Presjek N-kanalnog mosfeta
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
81/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
81
SviFET-oviimaju
sors, drejni gejtte
minale koji grubo odgovaraju emiteru , kolektoru i bazi
kod bipolarnog tranzistora.
Imena kontakata kod FET tranzistora se odnose na njihovu funkciju.
Veina FETova ima etvrti kontakt koji se zove tjelo, baza ili supstrat.Ovaj etvrti kontaktslui za balansiranje tranzistora u radu;
rijetkost je napraviti ne-trivijalno korienje etvrtog kontaktau dizajniranju elektrinih kola,
ali njegovo prisustvo je
znaajno kada se razmatra fiziki rasporedintegrisanog elektrinog kola.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
82/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
82
Slika 27.:
Veliina gejta,jesteduine Lna slici,i to je razmak izmeu sorsai drejna.
irinaje proirenje tranzistora, u smjeru normalnom na presjek sa slike.Tipino je irina mnogo vea od duine gejta.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
83/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
83
Duina gejtaod 1 m ograniava gornju frekvenciju na oko 5 GHz,a 0.2 m na oko 30 GHz.
Gejt (kapija)kontakt moe da se razmatra kao kontrola zatvaranja iotvaranja fizike kapije.
Ova kapija dozvoljava prolaz elektronima ili zaustavlja njihov prolaz stvarajui iliuklanjajui prolaz izmeu sorsa i drejna.
Elektroni teku od sors kontakta do drejna ukoliko ako na gejt utie napon.Telo FETa jednostavno oznaava glavnu celinu poluprovodnika na
kome se nalaze: gejt, sors i drejn.
Uobiajeno se terminal tela povezuje na najvei ili najmanji napon u kolu,
u zavisnosti od vrste FETa.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
84/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
84
Kontakt tjela isorsasu
ponekad zajedno povezani
jer jeuobiajeno sorspovezan na najveiili
najmanji napon u kolu,iako
postoji nekoliko naina korienja FET-ovakoji ne koriste takvu konfiguraciju,
kao to se predajnike kapije ili kaskodna kola.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
85/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
85
Princip rada FET tranzistora
Slika 28.: I V karakteristika i izlazni grafik JFET N-kanalnog tranzistora.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
86/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
86
FET kontrolie protok elektronaili elektronskih rupaod sorsa do drejna utiuina veliinu i oblik provodnog kanala koga stvara i na koga utie napon (ili
manjak napona) koji se nalazi izmeu kontakata gejta i sorsa.
( Radi jednostavnosti, ovo razmatranje predpostavlja da su telo i sors povezani.)Ovaj provodni kanal je potok kroz koga elektroni teku od sorsa do drejna.
U N-kanalnom ureaju tipa mod troenja negativan gejt-sors napon izaziva
oblast troenjakako bi proirio i obuhvatio kanal sa strana, suavajui ga.
Ako se oblast troenja proiri da potpuno obuhvati kanal, otpor kanala od sorsado drejna postaje veliki, i FET se iskljuuje kao prekida.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
87/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
87
Ove se zove utinuto gaenje i napon na kome se to deava se zove naponutinutog gaenja.
Takoe, pozitivan gejt-sors napon poveava veliinu kanala i omoguavaelektronima da lake prolaze.
UN-kanalnom ureaju tipa mod poveanja, provodni kanal ne postojiprirodno unutar tranzistora,
i pozitivni gejt-sors napon je neophodan kako bi se stvorio kanal.
Pozitivan napon privlai slobodne etajue elektrone u telu prema gejtu,
formirajui provodni kanal.
Ali prvo,dovoljno elektrona mora da bude privueno blizu gejta kako bi se izjednailo sadopiranim jonima dodatih u tjelo FET-a iovo formira oblast bez pokretnihprenosioca naelektrisanja koji se nazivaoblast potronje, i napon na kome seovo deava se naziva kao prag naponaFETa.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
88/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
88
Dalje poveavanje gejt-sors napona e privui jo vie elektrona prema gejtukoji mogu da formiraju provodni kanal
od sorsaka drejnuiovaj proces se naziva inverzija.
U P-kanalnom ureaju tipa mod troenja,
pozitivan napon od gejta prema sorsustvara sloj troenja terajui pozitivno naelektrisane rupe daljeod gejt-izolator/poluprovodnik interfejsa,
ostavljajui otvorenu oblastbez nosioca nalektrisanja negaativno naelektrisanim jonima.
Za ureaje u modu troenja kao i za ureaje u modu poveanja, pri naponimadrejn-sors koji su mnogo manji nego gejt-sors, promena napona gejta epromjeniti otpornost kanala,i
struja drejna e biti proporcionalna drejn naponu (koji ima za referencu napon sorsa).U ovom modu FET radi kao promenljivi otpornik i kae se da FET radi u linearnom
reimu ili omskom reimu rada.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
89/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
89
Ukoliko se povea drejn-sors napon, ovo stvara znaajnu asimetrinu promenuu obliku kanala zbog nagiba potencijala od sorsa ka drejnu.
Oblik inverznog regiona postaje utinut blizu drejn kraja kanala.
Ako se drejn-sors napon jo povea, taka utinutog dela kanala se pomera oddrejna ka sorsu.
Za FET se tada kae da se nalazi u reimu saturacije;although some authors refer to it as active mode, for a better analogy with
bipolar transistor operating regions.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
R i t ij
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
90/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
90
Reim saturacije,ili
reim izmeu omskog ponaanja i saturacije,se koristi kada je potrebno pojaanje.
Dio izmeu ova dva reima
se ponekad smatradjelom omskog ili linearnog reima,iako struja drejna nije priblino jednaka naponu drejna.
Iako provodni kanalkoji se stvara gejt-sors naponom
ne povezuje vie sors sa drejnom u modu saturacije,nosioci naelektrisanjanisu zaustavljeni i mogu da teku.
Razmatrajui ponovo N-kanalni ureaj tipa mod poveanja,oblast troenjapostoji u tjelu P-tipa,
okruujui provodni kanal
idrejn sors oblasti.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
El kt i k ji i j j k l
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
91/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
91
Elektroni koji sainjavaju kanalsu
slobodni da izau izvan kanalakroz oblast troenja
ukoliko su privueni ka drejnu naponom drejn-sors.
Oblast troenjaje
slobodna od nosioca naelektrisanjai
ima otpor slian silicijumu.
Bilo koje poveavanje drejn-sors naponae
poveati razmak od drejna do take utinua,
poveavajui otpor oblasti troenjaproporcionalno primenjenom drejn-sors naponu.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
Ova proporcionalna promena izaziva drejn sors struju
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
92/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
92
Ova proporcionalna promena izaziva drejn-sors strujuda ostane relativno nepromenjena,
nezavisno od promena drejn-sors napona,poprilino suprotno omskom ponaanju
u
linearnom reimu rada.
Zato u reimu saturacije,FET se ponaa kaoizvor konstantne strujeumjesto kao otpornik,
i
moe da se koristi kao pojaavanapona.U ovom sluaju ,
napon gejt-sors odreuje nivo konstantne struje kroz kanal.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
S t FET t i t
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
93/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
93
Sastav FET tranzistora
FETmoe da se napravi od razliitih vrsta poluprovodnika,
meu kojima je najei silicijum.Veina FET-ovase pravi standardnim tehnikama proizvodnje poluprovodnika,
koristei vejfer monokristalnog silicijumakao aktivnu oblast ili kanal.
Meu neobinim materijalima tjela FET-a suamorfni silicijum, polikristalni silicijum
ili drugi amorfni poluprovodnici u tranzistorima tankog filmaili organskim tranzistorima sa efektom polja (OFET)
koji su bazirani na organskim poluprovodnicima;esto su izolatori gejta OFET tranzistora
ielektrode napravljeni takoe od organskih materijala
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
94/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
94
Takvi FET-ovi seproizvode koristei razliite materijale
kao to su silicijum karbid (SiC) ,galijum arsenid (GaAs),
galijum nitrid (GaN),i indijum galijum arsenid (InGaAs).
Juna 2011.godine,IBM je objavio da je uspeno iskoristio grafen bazirani FET u integrisanom kolu.These transistors are capable of about 2.23 GHz cutoff frequency, much higher than standard silicon FETs.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
V t FET t i t
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
95/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
95
Vrste FET tranzistora
FET tranzistoriu modu troenja pod uobiajenim naponima su :
oJFET,
opoli-silicijumski MOSFET,
oMOSFET sa dva gejta,
oMOSFET sa metal gejtom,
o
MESFET.
Troenje Elektroni Rupe Metal
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
Izolator FET- a jeste:
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
96/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
96
Izolator FET- a jeste:oVrh: sors,
odno: drejn,
olijevo: gejt,
odesno: tjelo.
Kanal FETa je dopirankako bi nastao N ili P tip poluprovodnika.Nisu prikazani naponi koji dovode do stvaranja kanala.
Drejn i sors mogu biti dopirani suprotnim tipom prema kanalu,u sluaju FETova u modu troenja,ili
dopirani slinim tipom prema kanalu u FETovima tipa mod poveanja.
FET tranzistori se takoe razlikuju po tipu izolacije izmeu kanalai gejta.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
U tipove tranzistora FET spadaju :
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
97/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
97
U tipove tranzistora FET spadaju :JFET(spojni tranzistor sa efektom polja)koristi obrnuto polarisan p-n spoj kako bi odvojio gejt od tela.
MOSFET(metal-oksid-poluprovodniki tranzistor sa efektom polja)koristi izolator(najee SiO2) izmeu gejta i tela.
DGMOSFET(MOSFET sa dva gejta)je FET sa dva izolovana gejta.
DEPFETje FETkoji se pravi u potpuno ispranjenom supstratui ponaa se kao senzor,
pojaaloi memorija u isto vreme.
Moe da se koristi kao senzor slike (fotona).
FREDFET(brzo-obrtni ili brzo-povratni epitaksijalno diodni FET)je specijalna vrsta FETa koja omoguava veoma brzo iskljuivanje diode tela.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
98/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
98
HIGFET(heterostrukturni izolovani gejt tranzistor sa efektom polja)se danas koristi najee u istraivanjima.
MODFET(modulisano-dopirani tranzistor sa efektom polja)koristi strukturu kvantni bunarkoja se pravi postepenim dopiranjem aktivne oblasti.
TFET(tranzistor sa tunelskim efektom polja)je baziran na tunelovanju od jednog do drugog opsega frekvencija.
IGBT(bipolarni tranzistor sa izolovanim-gejtom)je ureaj za kontrolu snage. Ima strukturu slinu MOSFETu sa glavnim provodnim kanalomslinim bipolanrim tranzistorima.
esto se koriste za drejn-sors napone 2003000 V.Snani MOSFETisu
i dalje ureaji koji se preporuuju za drejn-sors napone od 1 do 200V.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
HEMT(tranzistor sa velikim kretanjem elektrona),
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
99/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
99
( j ),nazvan HFET(heterostrukturno FET),
moe da se napravi korienjem poluporovodnikih materijala kao to jeAlGaAs.Potpuno ispranjen materijal pravi izolaciju izmeu gejta i tela.
ISFET(tranzistor sa efektom polja osetljiv na jone)moe da se koristi pri merenju koncentracije jona u rastvoru;kada se koncentracija jona menja(kao u H+, pogledati pH elektroda),
struja kroz tranzistor se takoe menja.
MESFET(metal-poluprovodniki tranzistor sa efektom polja)menja p-n spojJFETa sa otkispojem;
i koristi se u GaAsi drugim III-V poluprovodnikim materijalima.
NOMFETjenanoestini organsko memorijski tranzistor sa efektom polja.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
GNRFET(grafenski nanotrani tranzistor sa efektom polja)
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
100/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
100
(g p j )koristi grafenska nanotrakakao svoj kanal.
VeSFET(tranzistor sa efektom polja sa vertikalnim procepom)je FET bez spoja kvadratnog oblika sa uzanim procepom koji
povezuje sors i drejn na suprotnim krajevima.Dva gejta se nalaze u druga dva oka i kontroliu struju kroz procep.
CNTFET(karbon nanocevni tranzistor sa efektom polja).OFET(organski tranzistor sa efektom polja)
koristi organski poluprovodnik za svoj kanal.
DNKFET(DNK tranzistor sa efektom polja)je specijalan FET koji se ponaa kao biosenzor,
koristei gejt koji je napravljen od DNK molekulakako bi detektovao odgovarajui DNK niz.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
101/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
101
Tranzistor sa efektom polja
MOSFETTRANZISTORI
Struktura MOSFETA:- MOSFETznai (Metal Oksid Poluvodis Efektom Polja),
ili(engl. Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Tranzistor).
Osnovna struktura MOSFETA prikazana je na slijedeoj slici (sl.29.).
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
102/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
102
Slika 29: Slikoviti prikaz osnovne strukture MOSFET-a
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
Osnovna struktura MOSFETA :::
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
103/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
103
L- Duina kanala(Tipian iznos kod tranzistora VLS i ULS sklopovima iznosi ispod 0.1m, kod sklopovanieg stupnja integracije on je neto vei nekoliko m ).
W- irina kanala
(ona je osjetno vea od duine kanala).OPIS :::
- Podloga je monokristalna ploica P-tipa debljine reda od 0.1 do 0.3mm. U podlogu sedifundiraju dva N+-podruja podloge dubine od nekoliko stotina nm. Ta dva podruja zovu seUVOD (engl. SOURCE), i ODVOD (engl. DRAIN). Podruje izmeu uvoda i odvoda pokriveno je
slojem silicij-dioksida debljine reda 0.1m. Iznad oksidnog sloja nanosi se metalna elektrodapoznata pod nazivom UPRAVLJAKA ili KONTROLNA elektroda (engl. GATE). Postupokommetalizacije nanosi se metalni sloj iznad N+-podruja uvoda i odvoda, ime se formiraju kontaktiuvoda i odvoda.
-U radnim uvjetima formira se INVERZIJSKI SLOJu podruju ispod upravljake elektrodena povrini Si, izmeu uvoda i odvoda. Inverzijski sloj bogat je slobodnim elektronima koji ine N-
vodljivi kanal izmeu uvoda i odvoda a to omoguuje nesmetano gibanje slobodnih elektrona izuvoda u kanal, kroz kanal i iz kanala u odvod, ime se osigurava protjecanje struje odvodu ododvoda kroz kanal prema uvodu.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
- Dimenzije kanala odreene su razmakom N+-podruja uvoda i odvoda i irinom
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
104/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
104
Dimenzije kanala odreene su razmakom N podruja uvoda i odvoda i irinomupravljake elektrode.
- Element na (sl.1) vodi s kanalom N-tipa formiranim na P-podlozi i zove se N-kanalniMOSFET.
Ako kao podloga slui poluvodiN-tipa tada su uvod i odvod P+-podruja.
- Da bi tekla struja odvoda na povrini ispod upravljake elektrode izmeu P+-uvoda iP+-odvoda, mora postojati P-kanal bogat upljinama, dakle P-inverzijski sloj.
o
Takav tip MOSFETA zove se P-kanalni MOSFET.- Kod oba tipa MOSFETA uvjet za protjecanje struje kroz tranzistor je inverzija povrine
silicija izmeu uvoda i odvoda,odnosno postojanje inverzijskog sloja u kojem manjinski nosioci postaju brojniji od
veinskih.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
Princip rada:
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
105/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
105
Princip rada:
- U analizi principa rada polazimo od pretpostavki koje olakavaju analizu i u fizikalno i umatematikom smislu.
- U proraunima nailazimo na aproksimacije, koje ne ugroavaju bitnije rad MOSFETtranzistora.
- Polazei od te predpostavke analizirati emo rad N-kanalnog MOSFETA.- Pri tome emo pretpostaviti da je tranzistor spojen prema (sl.2).
- Podloga tranzistora i uvod su pri tome uzemljeni te su na nultom potencijalu.- Da bi tranzistor uope radio neophodno je da se na povrini poluvodia ispod upravljakeelektrode formira N-inverzijski sloj.
- To e se postii ako napon izmeu upravljake elektrode i uvada UGS(napon izmeuupravljake elektrode i uvoda) bude vei od napona praga UGS0(napon praga).
- Ako je pri tome napon UDS izmeu odvoda i uvoda jednak nuli, nastupa sluaj opisan na(sl.30.)
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
106/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
106
Slika 30.: Slikoviti prikaz rad N-kanalnog MOSFET-a
-to je UGSvei od UGS0na povrinu poluvodia ispod upravljake elektrode je koncentracijaslobodnih elektrona vea od koncentracije upljina u neutralnom volumenu.
(Pri UGS=UGS0, te su koncentracije po definiciji napona praga meusobno jednake), zbogtoga postoji inverzijski sloj ili N-kanal izmeu N+(podruje uvoda) i N+(podruje odvoda).
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET
predmet : ELEKTROTEHNIKA I TEHNOLOGIJA IIINTERNO
Neovisno o predznaku napona praga GS0,veliina GS-GS0 kada je formiran inverzijski sloj ima pozitivan predznak
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
107/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
107
veliina GS GS0, kada je formiran inverzijski sloj ima pozitivan predznaki zapravo je neto-napon upravljake elektrode prema uvodu
i podloci s obzirom na napon praga.Taj neto-napon podrava postojanje inverzijskog sloja .
- Vertikalno elektrino polje u oksidnom sloju ispod upravljake elektrode usmjerenoje od metala upravljake elektrode prema povrini poluvodiagdje silnice polja zavravaju na negativnim elektronskim nabojima.
Iznos toga polja je
X
GSX
dUF
0
0
gdje je :d0X- debljina oksidnog sloja iznad kanala
Vertikalno polje zbog UDS=0,
i uzemljenja podloge ima isti iznos za svaki 0
-
5/26/2018 III ET II ,Predavanja 4-10.,2014.,MGacanovic
108/144
predavanja:Prof.Dr Mio GAANOVItema: T R A N Z I S T O R I mart april 2014.godine.
predavanjebroj: 4.-10.
108
Zato se na povrini poluvodia formira inverzijski sloj to bogatiji elektronim to je UGS,a time i FOXvei.
U podruju neposredno ispod inverzijskog sloja nema slobodnih nosilaca jer su slobodni
elektroni otili na povrinu a upljine u volumen.U tom podruju postaje samo nekompenzirani pozitivni akceptorski ioni inei
osiromaeno podruje ili osiromaeni sloj.
Taj sloj razdvaja inverzijski sloj na povrini od neutralnog volumena.
Granina ploha izmeu ta dva sloja je intrinsina ravnina.
- Intrinsina ravnina:jeste
prelazno podruje (engl. transition region) izmeu neutralne N-strane i neutralne P-straneome
eno ravninama u kojima dolazi do krivljenja diagrama energetskih pojasa.
UNIVERZITET U BANJOJ LUCIPRIRODNO MATEMATIKI FAKULTET