komponente-skripta

5/13/2018 Komponente-Skripta - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/komponente-skripta 1/61

OSNOVNA SVOJSTVA POLUVODIČA

Čvrste tvari mogu biti:1) Amforne – imaju nepravilan raspored atoma i molekula, nisu od značaja za

poluvodičku elektroniku.2) Kristali – imaju pravilan raspored atoma, ako je čitavo tjelo načinjeno od

pravilnog ponavljanja osnovne geometrijske forme kaže se da se radi omonokristalu. Za čvrste tvari u kojima su atomi ili molekule raspoređeni postrogom gemetrijskom redu kaže se da imaju kristalnu strukturu. Kad bi seatomi povezali sa nitima konca dobila bi se prostorna rešetka kristala. Zato setakav skup atoma naziva kristalna rešetka. U poluvodičkoj elektronici odinteresa su materijali koji imaju kristalnu rešetku.

[ ]

[ ]

[ ]

−

−

−

−

−

= ⋅

= ⋅ ⋅ =

≈ = ⋅

= ⋅

⋅= =

⋅

19

27

31

27

31

1,602 10 ,

, 1,2,3,...

1,67 10

9,11 10

1,67 101836

9,11 10

e

p n

e

p

e

q C As

Q n q e n

m m kg

m kg

m

m

K, L, M, N, O, P, Q = 22n k

Za sva svojstva neke tvari (mehanička,kemijska, optička, toplinska, električka, magnetska) mjerodavni su elektroni uvanjskoj ljusci koji se zovu valentni elektroni. Elektroni se drže na okupu jednom odsljedećih veza:

- ionska veza- metalna veza- molekularana veza- kovalentna

Atomi germanija i silicija drže se na okupu kovalentnom vezom. Kod kovalentneveze, sile koje drže atome na okupu, ostvaruju se sa zajedničkim elektronima dvaju

susjednih atoma.

Germanij i silicij su 4-valentnoj vezi što znači da u vanjskoj ljusci ima 4 valentnaelektrona. Svaki atom silicija vezan je sa 4 susjedna atoma kovalentnom vezom.

k n1 22 8

31

8

1



=

=

= ⋅

= = ⋅

22 3

Si

22 3

14 - atomski broj

28,08 - masa

N 5 10

4 20 10

Si

Si

val Si

Z

A

atoma cm

n N atoma cm

Elektroni koji kruže oko atoma mogu imati samo diskretne energetske nivoe. Ovienergetski nivoi prerastaju u pojaseve energija. U pravilu od svakog diskretnog nivoau atomu nastaje pojas energija u kristalu. Pojasevi odvojenih energija međusobno suodjeljeni zabranjenim energijama.

=

==

=

0 -273,15

0 273,1516,15 290

26,85 300

o

o

o

o

K C

C K

C K

C K

Prema dolje odozdo energetski pojasevi popunjehih unutarnjih ljusaka, ali oni nisuinteresantni.Na 0K valentni pojas je popunjen i odjeljen od vodljivog pojasa pojasom zabranjeihenergija EG. Da bi takav kristal mogao provoditi struju treba elektrone iz valentnogpojasa prebaciti u vodljivu i za to im treba predati energiju ≥ GE E . Energija se možepredati privođenjem topline, zračenjem ili vanjskim električnim poljem. Na

temperaturu T elektroni dobivaju energijureda veličine [ ]= ⋅ ,T E k T J Ws ,

[ ]= ⋅ -231,38 10 ,k J K Ws K - Boltzmanova konstanta, temperatura T je u K.

2

VALENTNI POJAS

ZABRANJENI POJAS

VODLJ IVI POJAS

Eg

E(eV)

[ ]

[ ] [ ]

−

−

−

= ⋅

= = = =⋅⋅

19

19

21

1 1,602 10 ,

1,602 10 116051,38 10

T

eV J Ws

kT T T T

E eV eV qq

k

+4 +4

+4

+4

+4

+4 +4

+4+4

+4



za [ ]= =290 0,025T T E eV

za [ ]= =300 25,8T T E meV

INTRINSIČAN POLUVODIĆPoluvodič čija se kristalna rešetka sastoji samo od atoma jednog elementa naziva seINTRINSIČAN ili čist poluvodič. Kristal je nastao ponavljanjem geometrijske forme.Poluvodič je nastao ponavljanjem osnovne geometrijske forme. Svi atomi su nasvojim normalnim mjestima tj. nema atoma u nekim međupoložajima. Na

temperaturama blizu 0K svi su valentni elektroni vezani uz svoje atome i ne mogu sekretati kroz kristal. Na nekoj konačnoj temperaturi postoji vjerojatnost da elektronzahvati val energije dovoljno velik da se prebaci u vodljivi pojas. Taj proces zove serazbijanje valentne veze. Elektron se giba po kristalu kaotično jer se ne možepridružiti niti jednom atomu.Odlaskom elektrona ostaje jedan ne kompenziran pozitivan naboj. To se čini tako dase uzme elektron sa neke od susjednih kovalentnih veza i tako se proces nastavlja.Prema tome uz kaotično gibanje elektrona u vodljivom pojasu postoji kaotičnogibanje elektrona u valentnom pojasu. U valentnom pojasu ima mnoštvo elektrona pa je zato pogodnije promatrati gibanje pozitivnog naboja, a on predstavlja nepopunjenukovalentnu vezu i naziva se šupljina (praznina).

n - koncentracija elektronap - koncentracija šupljina

Koncentracija ni računa se primjenom sljedeće relacije:

Silicij:

[ ]

= ⋅

=

=

0

16

'

3,58 10

1,206

11605

G

T

C

E eV

T E

− = ⋅ ⋅ ⋅

⋅ ⋅= = = ⋅⋅

6997,83

16 32

22 12

1210

3,58 10

20 10 14,5 10 14,5 101,38 10 1

T i

val

i

n T e el cm

n

n

3

[ ]=11605

T

T E eV

=i i n p

− = ⋅ ⋅

'

03

2 32

G

T

E

E

i n C T e el cm

EG

t

E’G0



T n290 ⋅ 10 30,58 10 / cm

295 ⋅ 10 30,90 10 / cm

300 ⋅ = ⋅10 10 3

1,3778 10 1,38 10 / cm305 ⋅ 10 32,07 10 / cm

310 ⋅ 10 33,07 10 / cm

EKSTRINSIČAN POLUVODIĆAko električna vodljivost ovisi o prisustvu nekog drugog elementa, on se zoveEKSTRINSIČAN ili primjesni poluvodič. Ako su novi atomi prisutni u većojkoncentraciji njihov utjecaj je dominantan unutar šireg raspona temperatura. Upoluvodičkoj tehnici važne su one primjese koje se dodaju namjerno i u točno

određenoj koncentraciji. Za to se koriste i tehnološki postupci koji se odvijajuprivisokoj temperaturi i visokom vakumu.Koncentracija dodanih primjesa kreće se između:

= −14 3 20 310 10I N at cm at cm

Primjese zauzimaju mjesta u kristalnoj rešetci gdje bi inače bili atomi silicija. One seuključuju u kristalnu rešetku supstitucijom:

⋅= = ⋅ = ⋅

228 6

14

5 105 10 500 10

10Si

I

N

N

Kao primjese koriste se peterovalentni i trovalentni elementi. Kad se dodajupeterovalentni naziva se poluvodič N-tipa. Kad se dodaju trovalentni naziva sepoluvodič P-tipa.

1. Poluvodić N-tipaDobiva se tako da se siliciju dodaju peterovalentni elementi kao što su: dušik, fosfor,arsen, antimon.

Četri elektrona od peterovalentnog atoma udružena su u kovalentne veze sa četrisusjedna atoma silicija. Peti elektron drži se za svoj atom slabom privlačnomelektrostatskom silom i potrebno je utrošiti mnogo manji iznos energije da se tajelektron odvoji od atoma nego da se razbije kovalentna veza. Iznad temperature100ºC praktički su svi atomi primjesa ionizirani, elektroni su u vodljivom pojasu i

mogu se slobodno gibati kroz kristal. Odlaskom elektrona ostao je jedan nepokretninaboj

4

+4 +4

+4

+4

+4

+4 +4

+4+5

+4



Peterovalentne primjese daju elektrone u vodljivi pojas pa se zovu donorske primjese

ili donori.ND – koncentracija donora.

Ionizirani donor ima naboj +qe.Kod razbijanja kovalentnih veza stvaraju se nositelji naboja u parovima, prema tomeu ovakvom poluvodiču postojat če i mala koncentracija šupljina. U ovakvompoluvodiču većinski ili majoritentni nositelji naboja su šupljine. Ovakav poluvodić zovese poluvodić N-tipa zato što su većinski nosioci naboja elektroni tj. čestice koje nosenegatvni naboj.

2. Poluvodić P-tipa

Dobiva se tako da se siliciju dodaju trovalentne primjese kao što su: bor, aluminij,galij i indij.

Trovalentnoj primjesi nedostaje jedan elektron kompletira svoju kovalentnu vezu.Ona to čini tako da uzme elektron sa neke od susjednih kovalentnih veza. Na tajnačin stvorena je šupljina koja se slobodno giba po kristalu, a ionizirana primjesa ima jedan nepokretni negativni naboj –qe. Budući da trovalentne veze primaju elektronzovu se akceptorske veze ili akceptori.NA – koncentracija akceptora. Energija potrebna za ionizaciju akceptora je vrlo mala iu istom je rasponu kao i ona kod donora. Kaže se da ionizirani akceptor ima jedannepokretni negativni naboj, a "otpustio" je slobodnu šupljinu u valentni pojas. Upoluvodiću P-tipa večinski ili majoritentni nositelji naboja su šupljine, one imajupozitivni naboj pa se zato i zove P-tip.

5

+ + + +

++++

+ + + +

- - -

+ + +

Išup

+ U

I

= + ≈el šup el I I I I

+ + + +- - --Eg0K

E

+ + + +- - --Eg

0K+ + + +

- - --Eg300K

+ + ++

+4 +4

+4

+4

+4

+4 +4

+4+3

+4



GENERACIJA I REKOMBINACIJA U POLUVODIĆIMA

Na konstantnoj temperaturi konstantna je koncentracija elektrona n0 i šupljina p0. Učistom poluvodiću nositelj naboja stvaraju se u parovima razbijanjem kovalentnihveza.U ekstrinsičnom poluvodiću nositelj naboja stvaraju se na dva načina:

- ionizacijom primjesa- razbijanjem kovalentnih veza.

Da bi se održala stalna kocentracija elektrona i šupljina mora postojati još jedanmehanizam koji se naziva rekombinacija parova elektrona šupljina. Postoji dinamička

veza između generacije i rekombinacije3g r parova cm = . Ravnotežne

koncentracije elektrona i šupljina ne ovise o tome na koji način se vrši generacija irekombinacija. Između generacije para i rekombinacije para protekne neko srednje

vrijeme koje se zove vrijeme života [ ]7 310 10 sτ − −= − .

Za koncentracije n0 i p0 vrijedi zakon o termodinamičkoj ravnoteži:

6

- - - -

----

- - - -

-

-

-

+

+

+

+

+

+

++

+ +

+

++ Išup

+ U

I

E

Eg0K

E

+ + + +- - --

Eg0K šup el šupI I I I = + ≈

E

+ + + +

- --Eg300K

+ + ++ + + +

2

0 0 i n p n⋅ =



ODREĐIVANJE KONCENTRACIJA U N I P TIPUPOLUVODIĆA

1) N-tip poluvodića

- zakon o električnoj neutralnosti (1)

- zakon o termodinamičkoj ravnoteži (2)

iz (1) 0 0 0 p n N = − , to u (2)

( ) 2

0 0

2 2

0 00

D i

D i

n n N n

n N n n

− =

− − =

PR

14 3

300

10 /D

T K

N cm

=

=

0 0, ?n p =

10 3

0

2

0

14 3

0

2 206 3

0 14

1460

6

0

1,38 10 /

10

1,38 101,9044 10

10

10 52,5 101,9044 10

i

D i

D

i

D

n cm

N n

n n

n p

N

n el cm

p šup cm

n

p

= ⋅

≈

≈

≈

⋅= = ⋅

= = ⋅⋅

?

7

0 0DN p n+ =

2

0 0 i n p n⋅ =

2 2

0

4

2D D i N N n

n+ +

=2

0

0

i n p

n=



2) P-tip poluvodića

(1)

(2)

iz (1) 0 0 An p N = − , to u (2)

( ) 2

0 0

2 2

0 00

A i

A i

p p N n

p N p n

− =

− − =

Za A i N n?

0

2

0

A

i

A

p N

nn

N

≈

=

Pri niskim koncentracijama NA i ND sa porastom temperature poluvodić teži kasavršenom poluvodiću.

POKRETLJIVOST NABOJA U POLUVODIČIMA

Kad poluvodič nije u električnom polju gibanje nositelja naboja je kaotično, svismjerovi jednako su vjerojatni. Kaotično gibanje nastaje zbog vibracije kristalnerešetke koje uvijek postoje zbog neke temperature. Ako se poluvodič izloži djelovanjuvanjskog električnog polja doći će do usmjerenog gibanja slobodnih elektrona išupljina tj. poteći će struja. Zbog djelovanja električnog polja kaotičnom gibanjusuperioria (dodaje) se usmjereno gibanje (driftno gibanje), elektroni i šupljine izmeđudva sudara dobivaju dodatnu usmjerenu brzinu koja se zove driftna brzina:

vD je proporcionalna sa električnim poljem, a faktor proporcionalnosti je μ.Zove se pokretljivost i ta pokretljivost za silicij je:

VODLJIVOST POLUVODIĆA

8

0 0DN n p+ =

2

0 0 i n p n⋅ =

2 2

0

4

2 A A i

N N n p

+ +=

2

0

0

i nn

p=

[ ]d v E cm s µ = ⋅[ ]

2cm

Vs µ =

2

2

1430

460

n

p

cm Vs

cm Vs

µ

µ

=

=



s v

[ ]

q e

e

d q n s vdt

dqI q n S v A

dt

= ⋅ ⋅ ⋅

= = ⋅ ⋅ ⋅

- vodić

3

0 0

3

0

n e dn e n

p e p

J q n v q n E A cm

J q p E A cm

µ

µ

= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅

- poluvodić

1

E

U U u I S

l R l

S

I S E

ρ ρ

κ

κ

= = = ⋅

= ⋅ ⋅- Ohmov zakon u elementarnom obliku

INTRINSIČAN POLUVODIĆ

9

2

e

I J q n v A cm

s = = ⋅ ⋅

( ) 3

0 0 0 0n p eJ J J q n p E A cm µ µ = + = +

J E κ = ⋅

( ) [ ]0 0 0 0eq n p S cmσ µ µ = +

( )0i e i pq nσ µ µ = +



PRKoliko iznosi otpor čistog silicijskog komadića kojem je 21 , 10 ,S mm l mm= = ako je

2 2 10 3300 , 1430 , 460 , 1,38 10 /r p i T K cm Vs cm Vs n cm µ µ = = = = ⋅ .

[ ] [ ]

[ ] [ ]

10 10 6 4

4 2 4 6 2 29

99 6

1,602 10 1,38 10 1890 4,178 10 4,178 101 10 10 10

, 2,3934 104,178 4,178

10 102,3934 10 23,934 10 23,934

1

i

i

i

i

S cm S m

m mm mmm

m m m

l R M

S

σ

ρ σ

ρ

− −

−

= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ = ⋅ Ω ⋅ Ω Ω

= = Ω = = ⋅

⋅= = ⋅ ⋅ = ⋅ Ω = Ω

EKSTRINSIČAN POLUVODIĆ

a) N-tip 2

0 0 i

D i D

D

nN n n N p

N ≈ ≈?

b) P-tip2

0 0 i

A i A

A

nN n p N n

N ≈ ≈?

PRKoliko iznosi otpor čistog silicijskog komadića kojem je 21 , 10 ,S mm l mm= = ako je

2 2 10 3300 , 1430 , 460 , 1,38 10 /r p i T K cm Vs cm Vs n cm µ µ = = = = ⋅ .

[ ] [ ]

[ ]

19 14

62 2

6 3

1,602 10 10 1430 2,3

1 1 102,3 2,3

10 10 104,34

2,3 1

N e D N

N

N

N

q N S cm S m

m m mm m

l R k

S

σ µ

ρ σ

ρ

−

−

= ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ =

= = Ω = Ω

⋅= ⋅ = ⋅ = Ω

10

0N e Dq N σ µ B

P e A P q N σ µ B



DIFUZIJSKO GIBANJE NOSITELJA NABOJA

Osim nositelja polja uzrok proticanja električne struje kroz poluvodić može biti idifuzija. Do difuzije dolaz kada koncentracija čestica u cijelom prostoru nije jednaka.Čestice se gibaju od mjesta veće, ka mjestu manje koncentracije. Kroz poprečnipresjek prolazi naboj odnosno teče difuzna struja.

- šupljine

Zbog termičnog gibanja šupljine će kroz presjek x-x prolaziti u oba smjera. Kako jekoncentracija šupljina u području A veća od one u području B bit će veći broj šupljinakoje prijeđu kroz A u B nego obrnuto. Rezultantno gibanje teži da se izjednačekoncentracije. Difuzijska struja proporcionalna je gradijentu koncentracije šupljina.

Konstanta DP zove se difuzijska konstanta, a opisuje svojstvo čestica da prodiru kroz

poluvodić.

- elektroni

Dn e n

Dn e n

dnJ q D

dx

dnJ q D

dx

= − ⋅ −

= ⋅

- difuzijske konstante za silicij

U poluvodiču postoji električno polje i razlika u koncentraciji električnih naboja.

11

dp e p

dpJ q D

dx = − ⋅

x

JDp

p(x)

x

A B

2

2

32

11

n

p

D cm s

D cm s

= =

n(x)

x



1)

2

p Dp Ep

p e p e p

J J J

dpJ q D q p E A cmdx µ

= +

= − ⋅ + ⋅ ⋅

2)

2

p Dp Ep

p e p e p

J J J

dpJ q D q p E A cm

dx µ

= +

= − ⋅ − ⋅ ⋅

Između difuzijske konstante D i pokretljivosti μ istovrsnih čestica postoji veza:

- Einsteinova relacija

Difuzijska dužina Ln i Lp.Dužina kod koje koncentracija zbog rekombinacije padne za e puta zbog početnekoncentracije zove se difuzijska dužina šupljina Lp, a analogno za elektrone Le

Vrijedi slijedeća relacija:

τ - prosječno vrijeme života para elektron šupljinaPrijelazno područje između p i n tipa vodiča je najvažnije u području poluvodičkeelektronike.

12

p(x)

x

E

JDp

p(x)

x

E

JDp

[ ] pn

n p e

DD kT V

q µ µ = =

[ ]

[ ]

n n

p p

L D cm

L D cm

τ

τ

= ⋅

= ⋅



PN SPOJ

PN spoj ostvaruje se različitim tehnološkim postupcima kojima se postiže to da je jedan dio poluvodiča n-tip drugi dio p-tip, s time da je sačuvana monokristanastruktura.

10 3

16 3

16 3

300

1,38 10 /

2 10 /

10 /

i

A

D

T K

n cm

N cm

N cm

=

= ⋅

= ⋅

=

16 3

2 204 3

16

16 3

24 3

,

2 10 /

1,9044 100,95 10 /

2 10

10 /

1,9 10 /

A D i

op A

i op

A

on D

i on

D

N N n

p N cm

nn cm

N

n N cm

n p cm

N

≈ − ⋅

⋅≈ = = ⋅⋅

≈ =

≈ = ⋅

?

Kada se ostvari kontakt ovih dvaju vodiča lako se može zaključiti da ovo stanje nemože biti i ravnotežno stanje. Postoji vrlo velika razlika u koncentracijama istog tipana lijevoj i na desnoj strani. Posljedica toga je difuzijsko gibanje elektrona iz n-tipa u

p-tip i šupljina iz p-tipa u n-tip.

13

non

nop pon

p(x)

n(x)

104

1011

1012

1013

1014

1015

1016

x

JEp

JDp

dBndBp

dB

-

-

-

+

+

+

p n

E



N strana koja gubi elektrone, a dobiva šupljine pa postaje pozitivnija. Šupljine kojedolaze iz P tipa u N tipa nailaze na veliku koncentraciju elektrona pa se sa njimarekombiniraju. Koncentracija šupljina sve više opada sa udaljenošču spoja.P strana gubi šupljine, a dobiva elektrone pa postaje sve negativnija. Elektroninailaze na veliku koncentracju šupljina pa se s njima rekombiniraju i koncentracija

opada s udaljenošću od spoja.Prolaz difuzijske struje sve više se otežava, elektronima se suprostavlja negativannaboj na P strani, a šupljinama pozitivan na N strani. P i N tip više nisu električkineutralni u graničnom području.P-tipu ostaju nekompenzirani negativni akceceptorski ioni, a u N-tipu pozitivnidonorski ioni, a količine naboja su jednake.Područje u kome se mijenjaju potencijalne energije elektrona i šupljina označeno jesa dB, a zadire u P i N tip poluvodiča. To područje zove se PN barijera ili prijelaznisloj ili sloj porstornog naboja. Barijera se više širi na onu stranu na kojoj je manjakoncentracija primjesa.

(1)

(2)

Bp A Bn D

Bp Bn B

d N d N

d d d

⋅ = ⋅

+ =

Razliku potencijala N i P područja izračunati ćemo iz uvijeta da struje šupljina ielektrona moraju biti jednake 0.

0 p p p

p p

dpJ q D q p E

dx

dpD p E

dx

µ

µ

= − − ⋅ ⋅ =

− = ⋅ ⋅

( ) x ϕ ( ) x ϕ

d E

dx

ϕ = − d E

dx

ϕ =

0

22

on

ln

ln

p

onBn

Bp op

onk

op

p

p

pd

d p

p

p

op

k

on

i on on i

on

D dpd

p

kT dpd

q p

kT dpd q p

kT d p

q

pkT

q p

n p n n

n

ϕ

ϕ

ϕ µ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

−

=

= − ⋅

= − ⋅

= ⋅

= − ⋅

= ⋅

⋅ = ⇒ =

∫ ∫

∫

[ ]2ln op on

k

i

p nkT U V q n

⋅= ⋅

14

E

x

E E



za , A D i N N n?

op A

on D

p N

n N

≈

≈

[ ]2ln

11605 A D

k

i

N N kT U V

n

⋅= ⋅

Sa porastom temperature Uk pada

PR

16 3

16 3

3002 10 /

10 /

A

D

T K N cm

N cm

== ⋅

=[ ]

10 3

16 16

2 20

1,38 10 /300 2 10 10

ln 0,7155511605 1,9044 10

i

k

n cm

U V

= ⋅⋅ ⋅

= ⋅ =⋅

PR

16 3

16 3

310

2 10 /

10 /

A

D

T K

N cm

N cm

=

= ⋅

=[ ]

10

16 16

2 20

3,07 10

310 2 10 10ln 0,69668

11605 3,07 10

i

k

n

U V

= ⋅

⋅ ⋅= ⋅ =

⋅

PRSkicirati valni oblik električnog polja u PN-spoju

15

[ ]2ln A D

k

i

N N kT U V q n

⋅= ⋅

x

σ + σ −

3

σ

ϕ



Na osnovu poznate raspodjele naboja može se izračunati jakost električnog polja

16

NA NB

dB p dB n

dB n-dBp

ρ

2

d ρ

ε

⋅

2

2

S

QEdS

S

dS E S

d E

ρ

ε

ρ

ε

=

⋅⋅ =

⋅=

∫ rr

Ñ

2

d ρ

ε

⋅−

2 A Bpq N d

ε

⋅−

2 A Bpq N d

ε

⋅

2D Bnq N d

ε

⋅−

2D Bnq N d

ε

⋅

Bp A Bn Dd N d N ⋅ = ⋅



max

A BpD Bn q N d q N d E ε ε

⋅ ⋅⋅ ⋅= =

Izrazi za električna polja su:1) u P-tipu:

( ) ( )

0Bp

A

Bp

d x

q N E x x d

ε

− ≤ ≤

⋅= − +

2) u N-tipu:

( ) ( )

0 Bn

D

Bn

x d

q N E x x d

ε

≤ ≤

⋅= +

Na osnovu poznatih derivacija za jakost električnog polja može se izračunatipotencijal za bilo koju točku unutar barijere.

( )

( ) ( ) ( )0

0

Bp

Bn Bn

Bp Bp

x

d

d d

k p n k

d d

E x d x

E x dx E x dx E x dx U

ϕ

ϕ

−

− −

= −

= − = − − =

∫

∫ ∫ ∫

Iz ove relacije može se dobiti i širina PN barijere koja je jednaka:

[ ] [ ]

( )

12 14

0 8,854 10 8,854 10

11,8 za silicij 11,9r

As Vm As Vcmε

ε

− −= ⋅ = ⋅

=

[ ] [ ]

[ ] [ ]

14 165 4

19 16 16

3

2 8,854 10 11,8 3 100,715 3,74 10 3,74 10

1,602 10 2 10 10

0,347 10 0,374

Bd cm mm

mm m µ

−− −

−

−

⋅ ⋅ ⋅ ⋅= ⋅ ⋅ = ⋅ = ⋅ =

⋅ ⋅ ⋅

= ⋅ =

[ ]

[ ]

0,124

0,2493

Bp

Bn

d m

d m

µ

µ

=

=

17

[ ]2ln op on

k

i

p nkT U V

q n

⋅= ⋅ [ ]2

ln11605

A Dk

i

N N T U A

n

⋅= ⋅

[ ]02 1 1r

B k

A D

d U cmq N N

ε ε = +



Bn DBp

A

d N d

N

⋅= D

Bn B

A

N d d

N

=

PN SPOJ POD DJELOVANJEM NAPONA

Kada se PN spoj prikljiči na vanjski izvor napna, kroz njega će teči struja. Uz različitepriključke napona bit će i različita struja.

1. Propusno polariziran PN spoj

Spajanjem napona U na prethodni način dolazi do snižavanja potencijalne barijere.Krugom teče struja I koja nastaje zbog difuzijskog gibanja većinskih nositelja naboja.Što je priključni napon veći potencijalna barijera je niža i difuzijska struja veća.

18

dB

x

U

U -Uk =U

Uk

+

P N

I

Bp A Bn Dd N d N ⋅ = ⋅ Bp Bn Bd d d + =

B ABn

A D

d N d

N N

⋅=

+B D

Bp

A D

d N d

N N

⋅=

+

ϕ



2. Nepropusno polariziran PN spoj

Krugom teče struja manjinskih nositelja naboja, zove se invertna struja PN spoja,označava se sa IS, praktički ne ovisi o naponu U, pa se naziva i struja zasićenja.Potencijalna barijera se povećava, a također i širina barijere.

Ovisnost struje o naponu dana je Shockleyevom jednadžbom:

- Shockleyeva jednadžba

m=1÷2 za male U, m=1za velike U, m=2

19

+

P N

I=IS

dB

x

U

Uk

Uk

( )02 r A DB k

A D

N N d U U

q N N

ε ε += − ⋅

( )T k U U U = − −

1T

U

m U

S I I e⋅

= −

[ ]11602T

T U V =

ϕ



PR

[ ] [ ]3

290

0,025 25 10T

T K

U V V −

=

= = ⋅

( )1

40 1m

U S I I e

=⋅= −

za

za

U[V]

10

20

30

40

50

0.2 0.4 0.6 0.8

-10-20

A (anoda)- IDEALNA DIODA p-tip

K (katoda)n-tip

20

[ ]40

0,1

U

S

U V

I I e ⋅

> ≥

⋅B

[ ]0,1

S

U V

I I

< −

B

2 pn

S i n op p on

DDI S q n

L p L n

= ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅

U



ELEKTRIČNI PROBLEM U PN SPOJU

Ako se diodi priključi dovoljno veliki inverzni napon dolazi do proboja diode, strujanaglo raste te može doći do uništenja diode ako ona nije ograničena vanjskimotporom.

Postoje dva tipa proboja:1.) Zenerov proboj – nastupa kad dioda koje imaju vrlo usku širinu barijere, kod

velikih koncentracija primjesa. Električno polje u barijeri postaje tako snžno dase izvlače elektroni iz valentnog pojasa u p-tipu pa se struja naglo povećava.

2.) Lavinski proboj – nastupa kod širih barijera pri manjim konsentracijamaprimjesa. Pri svom gibanju elektroni se sudaraju s atomima u babarijeri,izbijaju im elektrone pa se proces dalje nastavlja kao lavina.

VRSTE DIODA

1. SLOJNA DIODA – ima veliku površinu PN spoja, a time i kapacitet zbog toga sene može koristiti na visokim frekvencijama. Koristi se u ispravljačima za dobivanjeistosmjernog iz izmjeničnog.

Poluvalni ispravljač

Punovalni ispravljača) s transformatorom sa srednjim izvodom

21

Um

t

Usek

U

B

S C

d ε = ⋅

2T T

2T T

*

D

R

+ UUSUP

+

mSr

U U

π =

*

*A

B

0

D1

D2

R

+ U

2 mSr

U U

π =

Um

t

Usek

U



Za vrijeme pozitivne poluperiode ulaznog napona struja teče krugom A, D1, R, 0.Za vrijeme negativne poluperiode ulaznog napona struja teče krugom B, D2, R, 0.

b) Graetzov spoj

Za vrijeme pozitivne poluperiode ulaznog napona struja teče krugom A, D1, R, D3, B.Za vrijeme negativne poluperiode ulaznog napona struja teče krugom B, D2, R, D4, A.

Graetzov spoj može se kupiti za određene napone, struje i snage.2. TOČKASTA DIODA – ima malu površinu PN spoja, i mali kapacitet barijere, pase može koristiti na višim i visokim frekvencijama, za modulatore, demodulatore itd.

3. ZENER DIODA – koristi se u području probojnih napona. Proizvodi se sa različitimiznosima probojnih napona. Služi kao izvor referentnog napona u stabilizatorima.

22

+ -~

I

UU

0U U

I

I

0U

R

0

0

0

i U U R

I R U U

U U I

R R

= −

⋅ = − +

= − +

* D1

D2D3

D4

+-

A

B

R

+ U

US

UP

ZD

+

IIz

IZ

I

U

U=UZ



Stabilizator sa Zener diodom

1) Na ulazu jeminul

U , na izlazu jemaxZ

I :

max

min min max

min

min min

...

iz Z Z

Z Z Z Z

ul Z

S

U U I

R R

I I I I I

U U R

I

= =

= = + =

−=

2) Na ulazu jemaxul

U , na izlazu jeminZ

I :

max

min

max min

max max

max

...ul Z Z Z

S

Z Z

Z Z Z

U U U I I R R

I I I

P U I

−= = =

= −

= ⋅

PR

23

min

max

min max

min max

Z

i

do

?, R ?

z

S

U U

R R R

I

R

−

= =

5 V[ ]

IIz

IZ

I

+

U

U

iz=?

[ ]100sinu t V ω =

10

5

-10

ZD

IIz

IZ

I

RD

UIZ

+



U

Imax

Imin

4. TUNEL DIODA (Esakijeva dioda) – izvodi se sa vrlo visokim koncentracijamaprimjesa. Zbog toga je barijera vrlo uska. U nepropusnom području odmah nastupaproboj. U propusnom području ima dio karakteristike sa negativnim nagibomtangente.

Područje sa negativnomdinamičkom karakteristikom

Karakteristika ove diode objašnjava se kvantnom mehanikom, a efekt se zove tunelefekt. Japanski fizičar Esaki patentirao je naziv tunet dioda.

Koristi se za izradu oscilatora.

5. VARICAP DIODA (kapacitivna dioda) – služi kao promjenjivi kondenzator, komese iznos kapaciteta mjenja s inverznim naponom.

[ ]10 40BC pF = −

24

max

min

I12

IB

0

din din

ST

dU U R R

dI I

U R I

∆= =

∆

= >

( )0

0

0

2

1

21

T

r A DB k

A D

B

B A Dk

k A D

C

N N d U U

q N N

S S C

d N N U U

U q N N

ε ε

ε ε

ε

+= ⋅ −

⋅

⋅ ⋅= =

+−

⋅14444444244444443

1

T B

k

C C

U

U

=−



6. SVJETLEĆA DIODA - LED (LIGHT EMITTING DIODE)

Radi pri propusnoj polarizaciji i tada zrači svjetlost. Svjetlost nastaje kao rezultatrekombinacije šupljina i elektrona. Koristi se kao signalni i kontrolni element, te kaoizvor svjetlosti. Izrađuje se od spojeva galija, arsena i fosfora. Obično daju crveno,žuto i zeleno svjetlo, a mogu dati i infracrveno.

7. FOTODIODA - LAD (LIGHT ACTIVATED DIOD)

Dioda radi pri inverznoj polarizaciji. Upadno svjetlo generira parove elektron šupljina.IR se povećava proporcionalno sa intenzitetom svjetla. Koristi se u uređajima za:mjerenje intenziteta svjetlosti, fotoaparata, svjetlomjera, za pozicioniranje alata kodstrojeva, za detekciju svjetlosnih signala u optičkim kabelima.

8. FOTOĆELIJA – struja teče krugom i bez vanjskog napajanja.

Koristi se u solarnim ćelijama za punjenje akumulatora za pogon satova, kalkulatora.

Efikasnost im je ηmax=11%.

25

U

I

R

+

P N

N

R

I



TRANZISTORI

Tranzistori su poluvodičke komponente sa tri sloja poluvodića.Imaju svojstvo pojačavanja signala.Izumili si ih 24.12.1947.: John Barden, Walter Brattain, William Shockley.

1956 g. dobili su Nobelovu nagradu za to otkriće.

Rad NPN tpa tranzistora temelji se na prijenosu elektrona iz jednog N-tipa u drugi N-tip, a rad PNP tipa temelji se na prijenosu šupljina iz jednog P-tipa u drugi P-tip. KodNPN tipa glavni nositelji su elektroni, a kod PNP šupljine.Da bi se postiglo usmjereno gibanje elektrona potrebno je jedan PN spoj polariziratipropusno a drugi nepropusno.

E – emiter C – kolektor B – baza

N-tip koji emitira elektrone u P područje naziva se emiter E, a drugi N-tip koji ihsakuplja naziva kolektor C. Srednje područje ili P-tip naziva se baza B.PN spoj između E i B zove se emiterski PN spoj, a onaj između C i B zove se

kolektorski PN spoj.

Struje u tranzistoru – pri normalnoj polarizaciji

26

NP

E C

B+ +

B

C

E E

C

NPN PNP

NP

E C

B+ +

IelE IelC

IelB

IšCIrBIšE

UBE UBC

IE IC

IB



1.

IelE – je struja koju čine elektroni koji iz emitera prelaze u bazu. To je korisna

komponenta jer teče kroz tranzistor, zahvaljujući njoj postiže se pojačanje.IšB – je struja šupljina koje iz baze prelaze u emiter, nije od koristi za pojačanje samododatno zagrijava emiterski PN spoj.Prema tome poželjno je da struja IelE>>IšB. Zato se tranzistor izvodi tako da jekoncentracija primjesa u emiteru i do 100 puta veća od koncentracije primjesa u bazi.

- efikasnost emitera

2. C elC elC elBI =I +I +I

IelC – je struja koju čine elektroni koji dolaze iz emitera preko baze. Zbogrekombinacije jednog broja elektrona u bazi IelC je manja od IelE.U normalnom aktivnom području struja IelC praktički ne ovisi o naponu UCB.IšC – struja koju čine šupljine koje iz kolektora ulaze u bazu.IelB – struja koju čine elektroni koji iz baze ulaze u kolektor.IšC i IelB su struje manjinskih nositelja naboja, jako rastu sa temperaturom.

0šC elB CBI I I + =

3.CB0

B šB rB šC elB

I

I =I +I -(I +I )144424443

IšB – struja šupljina koja iz baze prelaze u emiter.IrB – je struja šupljina koje se u bazi rekombiniraju sa elektronima koji dolaze izemitera. Da bi tranzistorski efekat bio što bolji potrebno je da što veči broj elektronadođe iz emitera u kolektor.

E C BI =I +I (1)

E C BI = I + I∆ ∆ ∆ (2) za male promjene

- faktor strujnogpojačanja u spoju ZB

27

1elE

elE šB

I

I I γ = <

+

E elE šB

E C B

I =I +I

I =I +I

C

E

I

I α

∆=

∆

+

UCB

ICB0



Kod spoja zajednički emiter faktor srujnog pojačanja je:

(2)

iz (2)

za0,995

0,995 = 1990,005

α β = → =

U spoju zajedničke baze je:

U spoju zajedničkog emitera:

U kojoj su vezi ICB0 i ICE0?

0 (1)

(2)C E CB

E C B

I I I

I I I

α = +

= +

( )

( )

( ) 0

0

0

0

0

1

1 1CE

C C B CB

C B CB

CBC B

I

C B CE

I I I I

I I I

I I I

I I I

β

α

α α

α

α α

β

= + +

− = −

= +− −

= +

1442443

( )0 0 0 0

11 1

1 1CE CB CB CBI I I I α α α

β α α

− + = ⋅ = + = + − −

28

0,995 1α = <

C

B

I

I β

∆=

∆

1

B E C

C

E C

C

E

C

E

I I I

I

I I

I

I

I

I

β

β

∆ = ∆ − ∆

∆=

∆ − ∆

∆∆

=∆

−∆

1

α β

α =

−

1

β α

β =

+

0C E CBI I I α = +

0C B CE I I I β = +



Za rad tranzistora u normalnom aktivnom području bitna su tri sljedeća mehanizma:1.) Ubacivanje većinskih nositelja naboja iz emitera u bazu kroz propusno polariziran

emiterski PN spoj2.) Prijenos ubačenih nositelja kroz bazu u kojoj su oni manjinski nositelji naboja. Da

bi prijenos bio što bolji baza treba biti uska i manja koncentracija primjesa da se

smanji IšB i IrB.3.) Skupljanje manjinskih nositelja koji su prošli kroz bazu od strane inverznopolariziranog konektorskog PN spoja.

STATIČKE KARAKTERISTIKE TRANZISTORA

Odnosi između istosmjernog napona i struja dani su statičkim karakteristikama. Onese snimaju točku po točku sa istosmjernim naponom napajanja. Daju se u katalozima

proizvođača kao srednja vrijednost karakteristika od velikog broja tranzistora istogtipa. To su familije karakteristika od kojih je jedna veličina parametar. Za praksu sunajvažnije izlazne i ulazne karakteristike, a ostale se mogu dobiti iz njih. Najčešće sesusreću karakteristike spoja zajedničkog emitera.

Shema za snimanje prikazana je na slici:

LABORATORIJSKI IZVOR

1. IZLAZNE KARAKTERISTIKE

29

A1

V1

V2

P1

UBE

IB

IC

UCE

UCC

++UBB

+

-

P2

8

6

4

2

12

5 10 15 UCE

IC[mA]

IB=50[µA]

IB=40[µA]

IB=30[µA]

IB=20[µA]

IB=10[µA]

CE U ∆C I ∆



Izlazne karakteristike prikazuju ovisnost struje IC o naponu UCE uz struju IB kaoparametar:

( )BI =parametar C CE I f U =

Snimaju se na slijedeći način:- sa potenciometrom P1 podesi se iznos struje IB

- sa potenciometrom P2 mjenja se napon UCE i očitava struja IC

- ponovi se mjerenje (pod 2) sa drugom strujom IB

Napon koljena koje je oko 0,5V za tranzistore malih i srednjih snaga promjenenapona UCE uzrokuju male promjene struje IC.Područje nakon koljena je radno područje tranzistora kao pojačala u izlaznekarakteristike ucrtava se:

- statički radni pravac (SRP)- radna točka (Q)

- dinamički radni pravac (DRP)- hiperbola snage.

Iz njih se može očitati faktor strujnog pojačanja i dinamički izlazni otpor.

( )

( )( )

( )[ ] ( )

3

6

7,5

3

20

6,6 4,2 10240 100 500

30 20 10

12,5 7,550 10-150

4,3 4,2 10

CE

B

U V

CE

I A

r k k

µ

β −

−

=

−

=

− ⋅= = −

− ⋅

−= = Ω Ω

− ⋅

2. ULAZNE KARAKTERISTIKE

Prikazuju ovisnost struje o IB o naponu UBE uz napon UCE kao parametar:

( )CEU =parametar B BE I f U =

Ove su karakteristike nelinearne pa su one glavni uzrok nastajanja nelinearnihizobličenja.Snimaju se na sljedeči način:

- sa P2 podesi se UCE

- sa P1 mijenja se UBE i očitava se struja IB

- ponovi se korak 2 sa drugim naponom UCE

30

CEU =konst.

C

B

I

I β

∆=

∆BI =konst.

CE CE

C

U r

I

∆=

∆



POJAČALO S TRANZISTOROM U SPOJU SA ZAJEDNIČKIMEMITEROM

Ovo pojačalo se najčešće primjenjuje pri realizaciji NF (nisko frekventnih) pojačala jer se njime dobiva najveće pojačanje napona, struje i snage. Ulazni signal dovodi seizmeđu baze i emitera, a izlazni se dobiva između kolektora i emitera.Da bi se dobilo pojačanje radna točka mora se nalaziti u normalnom aktivnompodručju. Dakle pored izmjeničnog signala tranzistoru se trebaju privesti određeni

istosmjerni naponi.Statička radna točka Q može se odrediti na način kao što je prikazano na slici:

Pomoću UBB i RB odnosno ulaznih karakteristika odredi se struja IBQ

3BB BQ BEQU R I U = ⋅ +

31

8

6

4

2

12

5 10 15 UCE

IC[mA]

IB=50[µA]

IB=40[µA]

IB=30[µA]

IB=20[µA]

IB=10[µA]

Q1

Q2(SRT)

Q3

UCEZAS UCEQ

ICQ

IB0=0[µA]

SRP

40

30

20

10

60

0,6 1 UBE

IB[ A]µ

0,2 0,4 0,8 1,2

BB BEQ

BQ

B

U U I R −=

+

+

UCEUBE

UCC

UBB

Ug +

RB

RC

IC



Pomoću UCC i RC odredi se statički radni pravac

CC C C CE

C C CE CC

U I R U

I R U U

= +

= − +

JEDNADŽBA SRP

1. za 0CE U = : CC C

C

U I

R =

2. za 0C I = : CE CC U U =

[ ]

[ ]

15

1,5CC

C

U V

R k

=

= Ω

[ ]

[ ]

8,5

4,5

CEQ

CQ

U V

I mA

=

=

[ ]

[ ]

2,5sin

8,5 2,5sin

ce

CE

u t V

u t V

ω

ω

= −

= −

TOTALNI IZNOS IZMJENIČNA KOMPONENTA

ISTOSMJERNA KOMPONENTA

32

CE CC C

C C

U U I

R R = − +

CE CEQ ceu U u = +

2

4

6

8

10

12

14

16

t

C CQ c i I i = + B BQ bi I i = +



U praktičnim izvedbama radna točka određuje se sa jednim izvorom napajanja utome se koriste dvije sheme:

1. Visokoomski djelitelj baze2. Niskoomski djelitelj baze

1. VISOKOOMSKI DJELITELJ BAZE

PR

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

15

7,5

5

1000,7

CC

CEQ

CQ

BEQ

U V

U V

I mA

U V

β

=

=

=

==

B C cemaxR , R , U =?

[ ]

[ ] [ ]

[ ] [ ]

3

36

6

6

15 7,51,5

5 10

5 1050 10 50

100

15 0,7 14,310 28600 286

50 10 50

CC CEQ

C

CQ

CQ

BQ

CC BEQ

B

BQ

U U R k

I

I I A A

U U R k

I

µ β

−

−−

−

− −= = = Ω

⋅

⋅= = = ⋅ =

− −= = = ⋅ = Ω = Ω

⋅

Odredi radnu točku Q i maksimalni hod napona Ucemax ako se tranzistor zamjeni snovim kojem je β=120. UCEQ, ICQ, Ucemax=?

33

+

uCEuBE

RB RC

IC

uul

IB

+UCC

+

Cv

+

[ ]

( )

0,7

B B BE CC BE

CC BE B

B

CE CC C

C C

C

B

R I U U U V

U U I

R

U U I SRP

R R

I I

β

+ = =

−=

= − +

=

8

6

4

2

5 10 15 UCE

IC[mA]

6 7,5

ICQ Q

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

3

6

CEmax

15 0,750

286 10

120 50 10 6

6

6

CC CEQ

BQ

B

CQ BQ

CEQ CC CQ C

U U I A

R

I I mA

U U I R V

U V

µ

β −

− −= = =

⋅

= = ⋅ ⋅ =

= − =

B



2. NISKOOMSKI DJELJITELJ BAZE

Otpor RB2 odaberite takav da je 210 BQI I =

[ ]

[ ]

2

2

1 2

1

1

2 6

6

1 6

0,7

10

11

0,71,4

500 10

15 0,7 14,3 10 26000 26550 10 550

BE B

BQ

BQ BQ

CC BEQ

B

B

B

U R

I I

I I I I

U U R

I

R k

R k

−

−

= =⋅

= + = ⋅

−=

= = Ω⋅

− ⋅= = = = Ω⋅

POJAČALO U SPOJU ZAJEDNIČKOG EMITERA SARADNIM TROŠILOM

- SRP

34

+

uCEuBE

RB1 RC

IC

uul

IB

+UCC

+

Cv

+

I1

I2

RB2

[ ]50BQI A µ =

+

uizuBE

RB RC

IC

uul

IB

+UCC

+

Cv

+

RT

uCE

Cv

CE CC C

C C

U U I

R R = − +

iz T iz u R i = − ⋅



Za izmjenične naponske signale kondenzatori Cv su kratki spoj, također i izvor UCC.Shema za izmjenične signale je:

( )

( )

( )

c

ce

1 i||

2 u

3

cec C CQ

C T

C CQ c CE CEQ

CE CEQ ce

u i i I

R R

i I I u U

u U u

= − ⇒ = −

= + ⇒ = −

= +

DINAMIČKI RADNI PRAVAC (DRP)

1. DRP prolazi kroz Qza ce CEQ C CQu U i I = =

2. za ( )0 ||C CE CEQ CQ C T i u U I R R = = +

35

+

uiz

uul

iC

+

RT

uCE

RB

RC

( )

||

|| 0

C T C T CT

C T

ce c C T

R R R R R R R

u i R R

⋅= =+

+ =

||CE CEQ

c CQ

C T

u U i I

R R

−− =

( )||

|| ||CEQ CQ C T CE

C

C T C T

U I R R u i

R R R R

+= − +

i ,Ic C[mA]

ICQ

Q

DRP

SRP

UCCUCEQ ICQ(R ||R )C T

CC

C

U

R



STABILIZACIJA RADNE TOČKE

Poluvodičke komponente su jako temperaturno osjetljive. Zbog toga se u sklopovimaprovodi temperaturna stabilizacija radne točke.Stabilizacija radne točke izvodi se na jedan od sljedećih načina:

a) primjenom stabilinih spojeva (spojevi sa negativnom povratnom vezom)b) metodama kompenzacije (upotrebom PTC i NTC otpornika)

Najčešće se koristi stabilni spoj uvođenjem otpora RE.

Stabilizirajuće djelovanje otpornika RE ogleda se u sljedećem:- ako zbog porasta temperature poraste IC, poraste IE, poraste napon na otporu RE,

smanji se UBE, smanji se IB pa je porast struje IC daleko manji nego da nemaotpora RE.

Uvođenjem otpora RE uvodi se i strujna serijska negativna povratna veza kojasmanjuje pojačanje. Da bi se djelovanje negativne povratne veze uklonilo zaizmjenične signale paralelno otporniku RE spaja se kapacitet CE dovoljno velikogiznosa kapaciteta.

( )

||

|| ||

CE CC C

C E C E

CEQ CQ C T CE C

C T C T

B B BE E E CC

U U I SRP

R R R R

U I R R u i DRP

R R R R

R I U I R U

= − ++ +

+= − +

+ + =

36

+

uizu

BE

RB RC

IC

uul

IB

+UCC

+

Cv

+

RT

Cv

iul

RE CE



DINAMIČKA ANALIZA

U sklopu pojačala tranzistor radi u dinamičkim uvjetima što znači da uz istosmjernenapone kojima je određena radna točka djeluju i izmjenični naponi.Dinamički rad razmatra se u "režimu malih signala", a tada se tranzistor može

smatrati kao linearni aktivni element. Tada između napona i struja postoji linearnazavisnost.Bipolarni tranzistor može biti u spoju zajedničkog emitera, zajedničke baze ilizajedničkog kolektora, a u ovoj analizi predstavlja se sa dvije ulazne i dvije izlaznepriključnice.

Ponašanje četveropola potpuno je određeno sa četri promjenjive veličine U1, U2, I1, I2,a one se povezuju sa dvije linearne jednadžbe sa dvije nezavisne veličine. Tranzistor se najčešće opisuje sa h parametrima. Jednadžbe četveropola sa h parametrima su:

1 11 1 12 2

2 21 1 22 2

u h i h u

i h i h u

= ⋅ + ⋅

= ⋅ + ⋅

Za opisivanje tranzistorskih umjesto brojevnih indeksa koriste se slovni indeksi:

1 1 2

2 1 2

i r

f o

u h i h u

i h i h u

= ⋅ + ⋅

= ⋅ + ⋅1 1 2

2 1 2

ie re

fe oe

u h i h u

i h i h u

= ⋅ + ⋅

= ⋅ + ⋅

Osim toga dodaju se i indeksi e, b i c, zavisno od toga u kojem spoju tranzistor radi.be ie b re ce

c fe b oe ce

u =h i +h u

i =h i +h u

⋅ ⋅

⋅ ⋅

Na osnovu ovih jednadžbi može se nacrtati nadomjesna shema sa h parametrima uspoju zajedničkog emitera.

Postoje četri vrste zavisnih izvora (i ne može ih biti više):1. naponom upravljan naponski izvor 2. strujom upravljan naponski izvor 3. strujom upravljan strujni izvor

4. naponom upravljan strujni izvor Bipolarni tranzistor ponaša se kao strujom upravljan strujni izvor.

37

I1 I2

U1 U2

+ +

E

h ife bh ure ce

hieib ic

uceube

B C+

+

+

oe

1

h



FET se ponaša kao naponom upravljan strujni izvor.U katalozima proizvođača najčešće se daju he parametri, rijeđe hb, a vrlo rijetko hc

parametri. hfe≈β.

TRANZISTOR KAO SKLOPKA

Osnovna shema prikazana je na slici:

Kada je na ulaz napon Uul dovoljno visokog iznosa sklopka je uključena i krugom tečestruja:

CC C T

C

U I I R

= ≈ ,

a napon na trošilu je:

T RC CC CEzas CC U U U U U = = − ≈ .Da bi sklopka bila uključena uz napon na ulazu mora teći neka struja IBmin:

min

min

C CC B

C

ul BEQ

B

B

I U I

R

U U R

I

β β = =

⋅

−≤

Ovako izračunat otpor RB je maksimalni koji bi se smio koristiti. Iz niza standardnihvrijednosti treba izabrati manji. Prema tome kada se sklopka uključi radna točka naSRP-u je Q1. sklopka je isključena kada je Uul=0 odnosno IB=0, radna točka je Q2.

Prednosti tranzistorske sklopke su:1. Malim strujama IB upravlja se velikim strujama IC

2. Strujom trošila može se upravljati sa daljine3. Brzina ukapčanja i iskapčanja je i do 108 puta u sekundi4. Nema efekta iskrenja kao kod mehaničkih sklopki5. Tranzistor ima dug vijek trajanja

38

+

UCE

RB

RC=RT

IC

+

Uul

+UCC

IB

CE CC C

C C

U U I

R R = − +

IC

IB5

IB4

IB3

IB2

IB1

U 0,2CEZAS= -0,5 UCC

IB=0

Q1CC

C

U

R



Nedostaci tranzistorske sklopke su:1. Tranzistor radi samo sa istosmjernim naponima, ne mogu se prekidati

izmjenične struje2. Krug nije potpuno zatvoren niti otvoren, ne ponaša se kao idealna sklopka3. Tranzistor je osjetljiv na preopterečenja strujom ili naponom

4. Tranzistor može raditi samo do određene temperature (silicij do 200ºC)

Tranzistorska sklopka obavlja logičku funkciju NE (NOT)

A T0 11 0

Pomoću tranzistorske sklopke mogu se realizirati i druge logičke sklopke kao što su :I, ILI, N, NILI.

OGRANIČENJA U RADU TRANZISTORA

Postoje ograničenja maksimalnih dozvoljenih struja, maksimalnih dozvoljenih naponai maksiamlnih dozvoljenih snaga. Daju se u katalogu rubrici ''maximal ratings'':

1. Maksimalna struja kolektora Icmax (ICH), je struja koja smije teći kroz tranzistor

bez obzira na iznos napona UCE i snagu. Ovisi o površini kolektora. Kod snažnihtranzistora može biti i do 100A.

2. Maksimalni napon UCemax

3. Maksimalna snaga disipacije [ ]tmax CE C P U I W = ⋅ ovisi i o temperaturiambijenta, (okoline). Daje se i podatak o tome za koliko se smanjuje dozvoljenasnaga ako temperatura poraste za 1ºC.

[ ]

[ ]

[ ]

o

tmax

o

o

tmax

500 do 40

-10

za T=50

50 10 10 400

P mW C

mW C

C

P mW

=

= − ⋅ =Da bi se zagrijavanje smanjilo, a time povećala dozvoljena snaga koriste sehladila.

39

T=A

A T=A

A T=A

A T=A

1

t

1

Uul

t

1

I 0E=

UCB 0=60[V]+

ICE0

I 0B=

UCE0=40[V]+

I 0C=

UEB0=5[V]+



Toplinski otpor hladila ovisi o površini hladila i debljini materijala, što je površinaveća to je toplinski otpor manji. Hladila se izrađuju u obliku radijatora sa većimbrojem rebara.Tranzistor se montira na hladilo tako da je između njega i hladila tanki slojizolatora od:

- liskuma (tinjac)- beriljija- aluminijevog dioksida

SEKUNDARNI PROBOJ:Zbog nejednolike raspodjele struje po površini emitera u nekim područjima je gustoćastruje veća. Baza je izrađena manjom koncentracijom primjesa pa kod neke veće

temperature područje baze postaje intrinsično, pa se stvara direktni spoj izmeđuemitera i kolektora. Struja naglo raste a napon UCE opada.Zbog pojave sekundarnog proboja smanjuje se sigurno područje rada:

SOA – safe operating area.

40

[ ]

[ ] 1

o

th

o

th

T C R P W

C R

W

= ⋅

=

(liskum) 0,4o

thC R

W

B

IC

UCEmax

ICM

Ptmax

LAVINSKI PROBOJ

PODRU JE SEKUNDARNOG

PROBOJA

Č

I 0B=

tmaxC

CE

P I

U =



TIRISTORI (THYRISTOR)

Tiristor je zajednički naziv za razne vrste četveroslojnih poluvodičkih komponenata.Najvažniji predstavnik je jednosmjerni triodni tiristor SCR (silicon controlled rectipier,silicijsko upravljani ispravljač).

Razvio ga W. Shockley, a radi u režimu lavinskog proboja. Nakon što porovede strujupropušta struju u jednom smjeru. U stanje nevođenja može doči ako mu struja padneispod određenog iznosa.U–I karakteristika prikazana na slici:

Prebacivanje iz isključenog u uključeno stanje izvodi se pomoću pozitivnog naponaUGK i struje IG. Na taj način postiže se sniženje prelomnog napona.Ove veličine zovu se:

IH (holding current) = struja pridružavanjaUH (hoding voltage) = napon pridružavanjaUBO – prijelomni napon u IG=0

41

N2P1

A (ANODA) K (KATODA)

G (GATE)(VRATA, ZASUN, UPRAVNI ELEMENT)

P2

UB2 UA/C[V]

IA[A]

UH UB1 UB0

IG2

IG1

I 0G=

UZ

K

G

A

G

K



Tiristori se koriste u raznim tipovima upravljivih ispravljača. Pogodnom izvedbommože se mjenati kut vođenja, a time i snaga na trošilu.Tiristor može biti u slijedeća tri stanja (ili hoda):

1. Invertni mod

2. Blokirajući mod

3. Tiristor u vodljivom stanju

Nakon što se prekidač P trajno zatvori poteče struja glavnim krugom: +U, RT, A, K, -U

T

UI , 2

R AK U V B B

Da bi se struja u glavnom krugu prekinula potrebno je njen iznos smanjiti manje od IH,a to se može postići povečanjem otpora RT ili smanjenjem napona U.

Tiristor se primjenjuje energetskoj elektronici: za regulacije brzine vrtnjeelektromotora, za regulaciju snage kod snažnih grijača, za regulaciju osvjetljenja itd.Izuzetno su pogodni za primjenu kod izmjenične struje. Tada svaka negativnapoluperioda dovodi tiristor u stanje inverznog moda.

42

N2P1 P2

U

+

RT

K

G

A

J1 J2 J3

N2P1 P2

U

+

RT

K

G

A

J1 J2 J3

N2P1 P2

U

+

RT

K

G

A

J1 J2 J3

UCG+

P

RG



0

0

0

1 1dt sin dt

T T

Tsr m

t

U u U t T T

ω = =∫ ∫

za 0 0 mTsr

U t U

π = =

za 0

21 cos4 2 4 2

m mTsr

U U T T t U T

π

π π

= = + ⋅ =

0

22 2 2

max

1sin dt

T

T

t

U U t T

ω = ∫

43

KG

POBUDNIKRUG

RT

+

U

A

KG

RT

+

U

RG

D

UAK

+

Um

t

UT

t

U

2T 3

2T T

2T

4T T

0

t

( )01 cos2

mTsr

U U t ω

π = + 00

4

T t ≤ ≤

0 0sin21

2 22m

T

t t U

U T T

ω

ω = − +



za2 2

0 Tmax02 4

m T mT

T T

U U U t U P

R R = = = =

za2

0 4 82 2

m mTsr T

T

U U T t U P R

= = =

00 4

T t ≤ ≤

za 00

2m

Tsr

U t U = =

za 0 4 2mT

U T t U = =

44

KG

RT+

RG

D

+

D1

tt 0

D1

D2D3

D4

+-RT

RG

+

U

T

UT

Um

2T T

0 0T

sin2U 1

22m

t t U

T T

ω

ω = − +

[ ]01 cosm

sr U U t ω π

= +

0 0sin21

2 2T m

t t U U

T t

ω

ω = − +



OGRANIČENJA U RADU TIRISTORA

1. di dt ograničenje – brzina porasta struje mora biti ispod nekog maksimalnogiznosa jer može doći do uništenja tiristora, podatak se daje u katalogu proizvođača.

Kada se na gate dovede impuls struje najprije provede usko područje u blizinielektrode G. Struja tiristora teče tim uskim pordučjem dok se ono ne proširi. Zbogtoga dolazi do lokalnog zagrijavanja koje ne smije prijeći određeni maksimalni iznos jer može doći do uništenja tiristora.Da bi se smanjio utjecaj vremena porasta u seriju s tiristorom spaja se zavojnica.

2. du dt ograničenje – daje se u katalogu proizvođača.

Ako brzina porasta napona prijeđe neki iznos tiristor može doći u stanje vođenja ikada se to ne želi. Za to je odgovoran parazitni kapacitet CAG između anode i gatea.Dodatkom RC spoja utjecaj du dt se smanjuje.Ovaj efekt može se i iskoristiti za uključenje tiristora.

max

300 2500du V

sdt µ = −

45

max

m

m

max

50

I sin

cos

I

m

di A A

dt S S

di Asdt

i t

di I t

dt

di

dt

µ

µ

ω

ω ω

ω

= =

=

=

= ⋅

=

K

GIg

K

GCAG

g AG

du i C

dt = ⋅



OPERACIJSKA POJAČALA I SKLOPOVI S NJIMA

Ovaj naziv odnosi se na pojačalo koje ima vrlo veliko pojačanje, dva ulaza i jedanizlaz. Naziv potječe iz tehnike analognih računala u kojima se ono koristilo zaizvođenje matematičkih operacija zbrajanja, oduzimanja, deriviranja i integriranja.

Masovna proizvodnja donjela je i njihovu vrlo nisku cijenu, a počela je nakon pojavemonolitne tehnike u planarnoj tehnologiji na siliciju.Cijelo pojačalo proizvodi se na jednoj ploči površine od svega oko 1mm2.Operacijska pojačala spadaju u grupu linearnih integriranih sklopova.Od svih operacijskih pojačala najširu primjenu našlo je ono pod brojem 741. Uosnovnoj verziji ima 20 bipolarnih tranzistora, 11 otpornika i jedan kondenzator od30[pF]. Simbol za idealno operacijsko pojačalo je:

( )1 2iz u A u u = −

za 2 10 iz u u A u = = ⋅ neinvertirajući ulaz

za 1 20 iz u u A u = = − ⋅ invertirajući ulaz

Svojstva idealnog operacijskog pojačala:1. A → ∞ , pojačanje teži u beskonačnost2. ul R → ∞ , ulazni otpor teži u beskonačnost

3. 0iz R → , izlazni otpor teži u nulu4. sva svojstva ne ovise o temperaturi i frekvenciji

Za realna operacijska pojačala:1. 200000 A >2. [ ]2ul R M > Ω

3. [ ]100iz R < Ω4. pojačanje ovisi o frekvenciji i temperaturi

Realno operacijsko pojačalo

46

+

+

u2

u1

1

2

uiz

+

A(u -u )1 2

-

+

+

u2

u1

1

2

uiz

NEINV.

-U

INV. +U

N.C. (Not conected)

IZLAZ

BAL.

1

2

3

4 5

6

7

8

-

+



Da bi ispravno radilo potrebno ga je priključiti na izvor napajanja koji je simetričan sobzirom na zajedničku točku. Obično su to naponi do maksimalnog iznosa U=±22V.Priključnice 1 i 5 koriste se za otklanjanje debalansa odnosno nesimetrije koja jeprisutna u realnim pojačalima. Kada se priključnice 2 i 3 spoje na zajedničku točku 0izlazni napona morao bi biti jednak 0. Kod realnog pojačanja na izlazu postoji mali

napon reda nekoliko [mV] da bi se podesio na nulu potrebno je načiniti spoj premaslici:

Operacijska pojačala koriste se za:1. Realizaciju invertirajućeg i neinvertirajućeg pojačala2. kod aktivnih RC filtara3. kod stabilizatora napajanja generatora4. u generatorima raznih napajanja5. u mjernim instrumentima

6. kod A/D i D/A pretvarača

Operacijska pojačala koriste se u sklopovima sa jakom negatvnom povratnom vezomkoja se realizira sa pasivnim komponentama.Zbog visokog pojačanja svojstva sklopa ovise o elementima u povratnoj vezi, zato sesa operacijskim pojačalima mogu dobiti sklopovi vrlo dobrih i stabilinih svojstva.

47

+

u2

u1 3

2

7

4

6

+

+

U

-U

+15

-15

0

+

1

3

2

5 4

7

6

V

-U

+U



1. INVERTIRAJUĆE POJAČALO

( )

( )

1 2 1

2 2

1 2

2

2 2

1 1 2 2

0

1

2

iz v ul

ul iz

iz

ul iz

u A u

i i u

u u u u R R

u A u

u u u u

R R R R

= ⋅

= =

− −=

= − ⋅

− = −

iz (2) 2iz u

u A

=

1 1 2 2

1 2 1

2 1 1

1 2 1

2

1 1 2

2

1 21

1

1 1 1

1

ul iz iz iz

ul iz

ul iz

iz ul

v

u u u u

R A R A R R

u u

A R A R R R

u R R A R u

A R R R

A R u u

A R R R

A R

A R R A R

A R

+ = −⋅ ⋅

+ + = − ⋅ ⋅

+ + ⋅⋅ =

⋅ ⋅

⋅= − ⋅

⋅ + +

⋅

= +⋅ + ⋅

za 2

1

v

R A A

R → ∞ = −

48

2

1 2

1

1

11 1

v

R A

R R

A R

= − ⋅

+ +

-

+

+

u2uul 1

2

uiz

u1=0

+

R1

R2

i1

i~0



PR

2 110

100000

R R

A

=

=

1

5

1

10 1 109,998978

1 11 10 1,00011

za 10

v

v

R A

R

A A

−= − ⋅ = − = −+ ⋅

→ ∞ = −

PR[ ]0,1

45,45

100000

ul

v

U V

A

A

=

=

=

[ ]

[ ]

max

maxmin

4,5

4,545

100000

iz

iz iz

U V

U U V

A µ

=

= + = =

Na ulazu operacijskog pojačala postoji virtualni ili prividni kratki spoj. Napon izmeđupriključnica je skoro nula, ali je ulazni otpor beskonačno velik.

2. NEINVERTIRAJUĆE POJAČALO

( ) ( )

( )

( )

1 2

1

12

1 2

1

1 2

1

1 2

1 2 1

1 2

1 2

1 1 2

1

1

v

iz

ul

iz

iz iz

ul

iz ul

iz ul

iz ul

A

u A u u

u u

u R u

R R

u u R

u A R R

R u u

A R R

R R A R u u

A R R

A R R u u

A R R R

= −

=

⋅=

+

⋅

= − +

⋅ + = + + + ⋅

= =⋅ +

⋅ += ⋅

⋅ + +144444424444443

49

-

+

u2

uul

1

2

uiz

u1

+

R1

R2

+

+



( )1 2

1 21

1

1 2

1 2

1

2

1 2

1

1

1

11 1

11

11 1

v

v

v

A R R A

R R A R

A R

R R

A R R

A R

R A

R R

A R

⋅ +=

+⋅ ⋅ + ⋅ +

= ⋅ + ⋅ +

= + ⋅ + ⋅ +

za A → ∞

3. NAPONSKO SLJEDILOZa realizaciju aktivnih RC fitera i za odvajanje stupnjeva pojačala potrebno je imatipojačalo sa pojačavanjem ''1'', velikim ulaznim otporom i malim izlaznim otporom.Ovaj sklop dobiva se iz neinvertirajučeg pojačala takoda je R2=0 i R1 teži u ∞

Sklop se zove naponsko sljedilo zato što izlazni napon sljedi ulazni po iznosu i fazi.1

1 1 11v

A A

A

= =++

za A → ∞ 1v A →

za 100000 A =100000

1

100001

v A = B

50

2

1

1v

R A

R = +

-

+

+

uul

uiz

+



4. SKLOP ZA ZBRAJANJE S INVERTIRAJUĆIM POJAČALOM

( )

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2 1 2za

ul ul iz

f

f f iz ul ul

f iz ul ul

i i i

u u u

R R R

R R u u u

R R

R R R u u u

= +

− = +

= − +

= = = − +

U slučaju da su ulazni naponi sinusne veličine koristi se fazorski račun

PR[ ]

[ ] ( ) [ ]

1

2

3sin

4cos 4sin 2

ul

ul

u t V

u t V t V

ω

π ω ω

=

= = +

?iz u =

[ ]

( ) [ ]

1 2

1

2

o

3

4

3 4

5sin 223

f

ul m

ul m

izm

iz

R R R

U

U j

U j V

u t V ω

= =

=

=

= − −

= +

&

&

&

51

-

+

uul1

uiz

u 01=

+

R1

Rf

+

R2

uul2

i1

i2

i

u 0 2 ~

i~0



5. SKLOP ZA ZBRAJANJE SA NEINVERTIRAJUĆIM POJAČALOM

1) 20ul u =

' 1 2

1 2

1 b ul iz

a

R u R u

R R R

⋅= + ⋅ +

2) 10ul u =

'' 2 1

1 2

1 b ul iz

a

R u R u

R R R

⋅= + ⋅ +

' '' 2 2 2 1

1 2 1 2

1

2

1 2 2 11 2

1 1 2 1 2

21 2

1

1 2 1 2

1

za

b ul ul iz iz iz

a

a

b

ul ul iz

iz ul ul

a b iz ul ul

R u R u R u u u

R R R R R

R R

R R

u R u R R R u

R R R R R

R u u u

R

R R R R u u u

⋅ ⋅= + = + + + + =

=

⋅ ⋅+= + + +

= ⋅ +

= = = = +

52

+

uul2

uiz+

Ra

R2

+

+ R1

R2

uul1



6. SKLOP ZA DOBIVANJE RAZLIKE ULAZNIH SIGNALA

1) za 20ul u =

' 12

1 1 2

1 ul biz

u R R u

R R R

⋅= + ⋅ +

2) za 10ul u =

'' 22

1

iz ul

R u u

R = − ⋅

( )

' '' 12 22

1 1

1

2

21 2

1

1 ul biz iz iz ul

a b

a

b

iz ul ul

u R R R u u u u

R R R R

R R

R R

R u u u

R

⋅= + = + − ⋅ + =

=

= ⋅ −

53

+

uul2

uiz

+ R1

R2

+

+ Ra

Rbuul1



7. SKLOP ZA DERIVIRANJE

1 2

ul iz

ul iz

i i

du u C dt R

du u R C

dt

=

⋅ = −

= − ⋅ ⋅

PR[ ]

[ ]3 4

100

10

50 10 sin10ul

R k

C nF

u t π −

= Ω

=

= ⋅

5 9 3 4 4 410 10 50 10 10 cos10 cos102iz u t t π

π π π − −= − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = −

54

+

uiz

C

R

+

+

uul

i1

i2

~0



8. SKLOP ZA INTEGRIRANJE

( )0

1 2

2

10

1 1

t

iz ul

du

i C dt

u idt u C

i i

u i dt u dt C RC

= ⋅

= +

=

= − = −

∫

∫ ∫

9. KOMPARATOR

( )

[ ] [ ]

1 2

15 100000

150 0,15

iz

iz d

izm

izmdm

u A u u

u A u

U A

U U V mV

A µ

= −

= ⋅

= ± =

= = =

55

+

uiz

C

R

+

+

uul

i1

i2

~0

-

+

+

u2

u1

1

2

uiz



PRIJENOSNA KARAKTERISTIKA

56

ud[ ]µV

5

50 100 150

-100 -50

10

15

-150

5

10

15



TRANZISTORI SA EFEKTOM POLJA (FET)

FET (field efekt transistor) = tranzistor sa efektom polja, unipolarni tranzistor saefektom polja.Struju im čini samo jedna vrsta naboja, ili elektroni ili šupljine.

Dvije osnovne skupine:1. JEFT (junction field efekt transistor) = spojni tranzistor sa efektom polja.

Može biti P i N kanalni.2. IGFET (insulated gate field efekt transistor) = tranzistor s efektom polja i

izoliranom upravljačkom elektrodom.MOSFET (metal oxide semiconductor field efekt transistor).Može biti: - N-kanalni (obogačeni i osiromašeni),

- P-kanalni (obogačeni i osiromašeni).

Elektrode:

S – (source) – uvodD – (drain) – odvodG – (gate) – vrata (upravljačka elektroda)

FET-ovi imaju jako velik ulazni otpor pa u nadomjesnoj shemi malih signala imajunaponom upravljan strujni izvor.

1. IZVEDBA I PRINCIP RADA JFET – A

1. UDS=0,

57

S

G

N-kanal

UDS

UGS<0+

+

P+ P+

S

G

N-kanal+

P+ P+

-2[V]

-4[V]-5[V]-5[V]



Napon UGS pri kome se lijeva i desna barijera dotaknu zove se napon praga,označava se sa UGS0 i daje se u katalogu proizvođača za pojedini tip tranzistora.

2. UGS=0

δ – širina kanala(vrlo mali broj)

Porastom napona UDS struja ID raste skoro linearno. Kada struja ID naraste do

određenog iznosa dolazi praktički do dodira lijeve i desne barijere. Sa daljnjimpovećavanjem napona UDS struja ID više ne raste nego ostaje konstantana.

Napon UDS pri kome dolazi do dodira dodira lijeve i desne barijere zove se napondodira, označava se sa UP (pinch voltage) i daje se u katalogu proizvođača.

Simbol

- N-kanalni JFET - P-kanalni JFET

Shema za snimanje izlaznih karakteristika prikazana je na slici:

LABORATORIJSKI IZVOR

58

0 p GS U U = −

S

G

N-kanal

+

P+ P+

+2[V]

+4[V]+5[V]+5[V]

UDS

ID

D

S

D

S

V1

V2

P1

UGS

ID

UDC

UDD++UGG

+

G

D

S

-15

0

P2

( ) GS D DS U par amet ar

I f U =

=



Izlazne karakteristike snimaju se na sljedeći način:1. Sa P1 podesi se napon UGS

2. Sa P2 mjenja se UDS i očitava se struja ID

3. Ponoviti mjerenje pod 2. sa drugim naponom UGS

1. [ ]0GS U V =

[ ]

[ ]

10

5

DSS

P

I mA

U V

=

=

2. [ ]-1GS U V =

[ ]

[ ]

[ ]

0

2

0

4

-5

1-

6,4

DS

GS

GS DS DSS

GS

U V

U V

U I I

U

mA

=

=

= ⋅ =

=

Maksimalna vrijednost struje ID pri naponu UGS=0 označava se IDSS i daje se ukatalogu proizvođača.

U izlaznim karakteristikama očitava se: statički radni pravac (SRP), radna točka Q,dinamički radni pravac (DRP) i hiperbola snage.

Iz izlaznih karakteristika može se očitati dinamički radni otpor.

1. Dinamički izlazni otpor:

[ ] [ ].

100 1GS

DS DS

D U konst

U r k M

I =

∆= = Ω = Ω

∆

2. Strmina

( )[ ]. 7,5

6,4 3,62,8

1 2DS DS

DS m

GS U konst U V

I mAg V U

= =

∆ − = = = ∆ − − −

Nadomjesna shema za režim malih signala prikazana je na slici:

59

DS U ∆DS

I ∆

8

6

4

2

12

5 10 15 UDS

ID[mA]

UGS=0[V]

ICQ

UGS=-1[V]

UGS=-2[V]

UGS=-3[V]

UGS=-5[V]UGS=-4[V]

D

S

G

r dsg Um gs

Ugs Uds

+



2. IZVEDBA I PRINCIP RADA IGFET–A (MOSFET)

- N-kanalni MOSFETobogačeni tip(enhancened type)

- N-kanalni MOSFET - P-kanalni MOSFET

Silicijska podloga je P-tip sa niskom koncentracijom primjesa. Na nju su nanesenedvije zone N+ tipa i na njima su priključci za elektrode D i S.Između D i S nanesen je tanki sloj silicijevog dioksida koji je izolator, a na njega jevezana metalna upravljačka elektroda G. Pozitivni napon UGS stvara u sloju podlogeizmeđu D i S vodljivi kanal kojim teče struja ID. Struju čine samo elektroni pa se zatoovaj tip zove N-kanalni MOSFET.Uz veći napon UGS vodljivi kanal je širi pa uz isti napon UDS teče ista struja ID.

Kod osiromašenog MOSFET-a vodljivi kanal načinjen je još u toku procesa

proizvodnje. Prema tome ovaj tip tranzistora vodi struju i pri naponu UGS=0.

60

ID

UGS=3[V]

UGS=4[V]

UGS=5[V]

UGS=6[V]

UGS=7[V]

UGS=8[V]

D

S

G

D

S

D

S

G

D

S

+

UDS

S G D

ID

N+ N+

UGS

P - podloga

METAL

SiO2(izolator)SILICIJEV DIOKSID



N-kanalni MOSFET P-kanalni MOSFETosiromašeni tip osiromašeni tip(depletion type)

61

ID

+3

+2

+1

UGS=0[V]

-1

-2

D

S

G

D

S

D

S

G

D

S

komponente-skripta

Documents