1 Ηλεκτρονική Διπολικά Τρανζίστορ Ένωσης (Ι) Bipolar Junction Transistors (BJTs) (Ι) Φώτης Πλέσσας Τμήμα Μηχανικών Η/Υ, Τηλεπικοινωνιών και Δικτύων

2 Εισαγωγή Φυσική δομή και περιοχές λειτουργίας Λειτουργία του τρανζίστορ npn στην ενεργό περιοχή Το τρανζίστορ pnp Κυκλωματικοί συμβολισμοί και συμβάσεις Δομή παρουσίασης

3 Τρανζίστορ: ημιαγωγό στοιχείο τριών ακροδεκτών Η τάση μεταξύ των δυο ακροδεκτών χρησιμο- ποιείται για τον έλεγχο του ρεύματος που ρέει από τον τρίτο ακροδέκτη Το ρεύμα μπορεί να πάρει τιμές από μηδέν έως κάποια μέγιστη τιμή οπότε το εξάρτημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως διακόπτης Εισαγωγή

4 Αποτελείται από δύο διόδους pn κατασκευασμένες με ειδικό τρόπο και συνδεδεμένες πλάτη με πλάτη Το ρεύμα που άγεται προέρχεται τόσο από ηλεκτρόνια όσο και από οπές Εισαγωγή

5 Δίνει μεγάλο g m για το ίδιο ρεύμα Δίνει ταυτόχρονα μεγάλη ταχύτητα και μεγάλο g m Εισαγωγή

6 Χρησιμοποιείται ευρέως στη σχεδίαση κυκλωμάτων τόσο αναλογικών όσο και ψηφιακών Οι χαρακτηριστικές του είναι γνωστές και μπορεί κανείς να σχεδιάσει κυκλώματα των οποίων η συμπεριφορά θα είναι προβλέψιμη με μεγάλη ακρίβεια και αρκετά αναίσθητη σε μεταβολές των τιμών των παραμέτρων ου στοιχείου Εισαγωγή

7 Σχήμα 4.1 Απλοποιημένη μορφή του npn τρανζίστορ Φυσική δομή και περιοχές λειτουργίας Αποτελείται από τρεις περιοχές, την περιοχή εκπομπού (emitter – E) τύπου n, την περιοχή βάσης (base – B) τύπου p και την περιοχή συλλέκτη (collector – C) τύπου n. Ένας ακροδέκτης είναι συνδεδεμένος σε κάθε μια από τις τρεις περιοχές με αντίστοιχη ονομασία

8 Φυσική δομή και περιοχές λειτουργίας Σχήμα 4.2 Απλοποιημένη μορφή του pnp τρανζίστορ Αποτελείται από τρεις περιοχές, την περιοχή εκπομπού (emitter – E) τύπου p, την περιοχή βάσης (base – B) τύπου n και την περιοχή συλλέκτη (collector – C) τύπου p

9 Φυσική δομή και περιοχές λειτουργίας Απαρτίζεται από δύο ενώσεις pn, την ένωση εκπομπού – βάσης (EBJ) και την ένωση συλλέκτη-βάσης (CBJ). Ανάλογα με την κατάσταση πόλωσης, ορθή ή ανάστροφη, προκύπτουν διαφορετικές περιοχές λειτουργίας ΠεριοχήEBJCBJ ΑποκοπήςΑνάστροφα ΕνεργόςΟρθάΑνάστροφα ΚορεσμούΟρθά

10 Σχήμα 4.3 Ροή ρεύματος σε ένα npn τρανζίστορ πολωμένο στην ενεργό περιοχή Λειτουργία του npn στην ενεργό περιοχή

11 To ρεύμα που ρέει μέσα στο ακροδέκτη του συλλέκτη I C δίνεται από την: Η σταθερά I S ονομάζεται ρεύμα κορεσμού, ενώ V T είναι η θερμική τάση Για το ρεύμα βάσης ισχύει: όπου β το κέρδος ρεύματος κοινού εκπομπού Για το ρεύμα εκπομπού ισχύει: ή Όπου Λειτουργία του npn στην ενεργό περιοχή

12 Σχήμα 4.5 Ισοδύναμα κυκλώματα μεγάλου σήματος του npn τρανζίστορ που λειτουργεί στην ενεργό περιοχή Ισοδύναμα κυκλωματικά μοντέλα

13 Σχήμα 4.6 Εγκάρσια τομή ενός τρανζίστορ τύπου npn Η δομή των πραγματικών τρανζίστορ Η περιοχή του συλλέκτη περιβάλει αυτήν του εκπομπού Έτσι τα ηλεκτρόνια που εγχέονται στην βάση καταλήγουν στον συλλέκτη Οπότε το α παίρνει τιμές κοντά στη μονάδα και το β είναι πολύ μεγάλο

14 Σχήμα 4.7 Ροή ρεύματος σε ένα pnp τρανζίστορ που λειτουργεί στην ενεργό περιοχή Λειτουργία του pnp στην ενεργό περιοχή

15 Σχήμα 4.8(α) Μοντέλο μεγάλου σήματος για το pnp τρανζίστορ που λειτουργεί στην ενεργό περιοχή Ισοδύναμα κυκλωματικά μοντέλα

16 Σχήμα 4.9 Κυκλωματικοί συμβολισμοί των διπολικών τρανζίστορ Κυκλωματικοί συμβολισμοί και συμβάσεις

17 Σχήμα 4.10 Πολικότητες τάσης και ροή ρεύματος σε τρανζίστορ πολωμένα στην ενεργό περιοχή Κυκλωματικοί συμβολισμοί και συμβάσεις

18 Σχήμα 4.11 Κύκλωμα παραδείγματος 4.1 Παράδειγμα 4.1 (σελ. 272) Το τρανζίστορ του σχήματος έχει β = 100 και παρουσιάζει υ ΒΕ = 0.7 V για i C = 1 mA. Σχεδιάστε ένα κύκλωμα ώστε να ρέει μέσω του συλλέκτη ρεύμα ίσο με 2 mA και να εμφανίζεται τάση σε αυτόν ίση με +5 V. Θυμηθείτε: V 2 = V 1 + n∙V T ∙ln(I 2 /I 1 ) με n = 1

19 Σχήμα E4.8 Άσκηση 4.8. (σελ. 274) Στο κύκλωμα του σχήματος η τάση στον εκπομπό είναι – 0.7 V. Αν β = 50 να βρεθούν τα I E, I B, I C και V C. Λύση I E = V RE /R E = 9.3 V / 10 KΩ = 0.93 mA I C = α ∙ Ι Ε = (β / β+1) ∙ Ι Ε = 0.98 ∙ 0.93 mA = =0.91 mA I B = I C / β = 0.92 / 50 = 18.2 μΑ V C = 10 V - I C ∙ R C = 10 V mA ∙ 5 KΩ = = 5.45V

20 Σχήμα Ε4.9 Άσκηση 4.9. (σελ. 274) Από μετρήσεις που έγιναν στο κύκλωμα βρέθηκε V B = + 1V και V E = V. Ποιες είναι οι τιμές των α και β για το τρανζίστορ αυτό; Τι τάση V C περιμένετε στο συλλέκτη; Λύση I E = V RE /R E = 8.3 V / 5 KΩ = 1.66 mA I B = V Β / 100 ΚΩ = 1 V / 100 KΩ = 10 μΑ I C = I E – I B = 1.65 mA β = Ι C / Ι Β = 1.65 / 0.01 = 165 a = β / β+1 = V C = - 10 V + I C ∙ R C = - 10 V mA ∙ 5 KΩ = V

21 Σχήμα 4.12 Η i C – υ BE χαρακτηριστική ενός npn τρανζίστορ Χαρακτηριστικές του τρανζίστορ

22 Σχήμα 4.14 Η i C – υ CB χαρακτηριστική ενός npn τρανζίστορ Χαρακτηριστικές του τρανζίστορ

23 Σχήμα 4.15 (a) Ιδεατό κύκλωμα για τη μέτρηση των i C – υ CE χαρακτηριστικών του BJT. (b) Οι i C – υ CE χαρακτηριστικές ενός τρανζίστορ στην πράξη Χαρακτηριστικές του τρανζίστορ

24 Σχήμα 4.16 (a) Κύκλωμα του παραδείγματος 4.2 (b) επανασχεδίαση του κυκλώματος για υπενθύμιση του συμβολισμού σύνδεσης των τροφοδοτικών Παράδειγμα 4.2 (σελ. 279) Να αναλύσετε το κύκλωμα και να βρείτε όλες τις τάσεις των κόμβων. Υποθέστε ότι β = 100.

25 Σχήμα 4.16 (c) Ανάλυση κατά βήματα με βάση την αρίθμηση Παράδειγμα 4.2 (σελ. 279)

26 Ερωτήσεις/Απορίες ?