Elemente de electronică analogică - Tranzistorul bipolar-procese fizice PDF

Elemente de electronică analogică Tranzistorul bipolar-procese fizice Introducere Semiconductor eterogen dotat cu impurităţi astfel încât se formează două joncţiuni pn: regiunea din mijloc – bază - foarte îngustă →𝑑 Vbe, dar depinde si de...

Elemente de electronică analogică Tranzistorul bipolar-procese fizice Introducere Semiconductor eterogen dotat cu impurităţi astfel încât se formează două joncţiuni pn: regiunea din mijloc – bază - foarte îngustă →𝑑 Vbe, dar depinde si de eficienta colector/ emitor) RAI: - similar cu RAN, dar colectorul genereaza purtatori, care sunt absorbiti de emitor - curent in emitor (invers fata de RAN), datorita colectorului - valorile sunt mult mai mici (grad dopare diferit al colectorului) Blocat - ca un comutator deschis practic - curenti inversi f. mici - ambele jonct invers, pt deschidere EB trebuie sa devina direct (de obicei deschiderea este catre RAN) Elemente de electronică analogică RELATII FUNDAMENTALE In nodul extern (dar si in interiorul tranzistorului): IE = IB + IC Aproape toti purtatorii care pleaca din emitor ajung in RAN in colector, deci IC si IE sunt apropiati ca valoare, iar IB este mult mai mic: IC = 0IE, cu 0 aprox 0.99 – 0.995 IC = 0IB, cu 0 intre 100 – 300 Aceste doua relatii de proportionalitate sunt valabile doar in RAN. In RAN, aceste relatii inseamna ca daca impunem IE (conexiune BC) sau IB (conexiune EC), curentul IC va fi constantant, indiferent de rezistenta de sarcina, din colector, deci tranzistorul va lucra ca un generator de curent. Asa cum vom vedea, performantele sunt mult mai bune pentru schema BC. In saturatie, curentii de colector si emitor scad, iar cel de baza creste. Curentul de colector nu mai e impus de tranzistor, ci de circuitul exterior. Ecuatii detaliate ale curentilor Se pot calcula relatii de forma celor de mai jos, valabile pentru diverse regiuni de lucru. Tensiunile se refera la tensiunile pe jonctiunea EB (E) si respectiv CB (C) iar w este latimea efectiva a bazei, care depinde de cum sunt polarizate aceste jonctiuni si este mai mica decat latimea fizica a bazei (d). qD p pn  qukTE qu C  j p (0) =  e −e kT  pt difuzia de goluri din E in B w    qpn w  kTE  qu qu C jr = e + e kT − 2 pt curentul de recombinare in baza 2 p   qDn n p  qukTE  jn (0) =  e − 1 pt curentul de electroni care trec din baza in Ln     emitor Elemente de electronică analogică  qD p pn qDn' n 'p  qu C  − jco =  +  e kT − 1 pt curentul la jonctiunea BC, dat  w L'n     exclusiv de electronii din B si golurile din C (fara aportul f mare al golurilor care vin din E) Dacă A este aria secţiunilor transversale ale joncţiunilor, curenţii vor fi: iE = A j p (0) + jn (0), cu jp(0) >>jn(0) in RAN     iC = A j p (w) + jco = A j p (0) − jr + jco , cu jp(w) >> jco in RAN iB = A jn (0) + jr − jco  = iE − iC Tranzistorul bipolar - caracteristicile statice Caracteristicile statice (în general) caracteristica de transfer o mărime de ieşire în funcţie de o mărime de intrare: - 𝑣0 (𝑣𝑖 ) sau io (vi ) cu parametru ii ; - v0 (ii ) sau io (ii ) cu parametru vi ; caracteristica de ieşire o mărime de ieşire în funcţie de cealaltă mărime de ieşire cu parametru o mărime de intrare: - io (vo ) cu parametru ii sau vi ; - vo (io ) cu parametru ii sau vi ; caracteristica de intrare o mărime de intrare în funcţie de cealaltă mărime de intrare cu parametru o mărime de ieşire: - ii (vi ) cu parametru vo sau io ; - vi (ii ) cu parametru vo sau io. Elemente de electronică analogică Caracteristicile statice ale TBIP în conexiunea BC Caracteristica de ieşire iC = iC (uC ) i = ct. E Relaţii: In RAN: IC = 0IE, cu 0 aprox 0.99 – 0.995 (se neglijeaza curentul jco) 0 depinde putin de w, deci poate fi aproximat constant In saturatie (SAT) curentul Ic scade puternic, si se anuleaza cand jonctiunea BC se deschide. Intrarea in SAT se face atunci cand jonctiunea BC nu mai e polarizata invers, deci cand UBC = 0 iar curentul se anuleaza cand jonctiunea e polarizata direct si in modul UBC = 0.6V Aceasta inseamna ca pt tranzistorul NPN, in RAN UCB >0 iar in saturatie UCB < 0. Pentru PNP, in RAN UBC>0 si in saturatie UBC