capitolul 3 tranzistorul bipolarandrei.clubcisco.ro/cursuri/2eea/3.tranzistorul_bipolar.pdf ·...

Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notiţe

Capitolul 3 Tranzistorul bipolar

1. Introducere 2. Procese fizice 3. Ecuaţii de funcţionare 4. Caracteristicile statice ale TBIP 5. Modelul Early 6. Circuitul echivalent Giacoletto 7. Parametrii de cuadripol ai TBIP


1. Introducere

Semiconductor eterogen dotat cu impurităţi astfel încât se formează două joncţiuni pn:

p n p n p n

- regiunea din mijloc – foarte îngustă → pLd << , ordin de mărime: µ1,0 . - regiuni laterale – emitor, colector - mult mai dotate - de acelaşi tip - au proprietăţi electrice şi fizice diferite (prin dotări diferite şi prin dimensiuni diferite). Procedee de fabricare: - aliere - difuzie – profilul şi adâncimea zonei difuzate pot fi controlate prin concentraţia de impurităţi, prin temperatura de difuzie şi prin durata procesului de difuzie. Regimurile de lucru se stabilesc după modul de polarizare a celor 2 joncţiuni: joncţiunea EB joncţiunea CB - regiunea activă normală (RAN) direct invers - regiunea de saturaţie (SAT) direct direct - regiunea de blocare (BL) invers invers - regiunea activă inversă (RAI) invers direct

1


2


2. Procese fizice Tranzistorul este de tip P+NP+, funcţionând în RAN. Fenomene fizice: a) joncţiunea EB este polarizată direct: golurile din emitor trec în bază, dar , puţine goluri se recombină, cele mai multe ajung la colector; acesta este polarizat invers, este un câmp electric puternic care favorizează trecerea golurilor în colector.

pLd <<

- goluri injectate de emitor → colectate de colector )0()( PrP iiwi =+ - w este grosimea efectivă a bazei, dw < Se defineşte: factorul de transport în bază:

1)0(

1)0()(

→−==P

r

P

Pt i

ii

wiβ

b) joncţiunea EB este polarizată direct: circulă un curent de electroni local datorat difuziei electronilor din bază în emitor. Deoarece baza este mult mai puţin dopată cu impurităţi decât emitorul, curentul de electroni va fi mult mai mic decât curentul de goluri: nPE iii += )0(Se defineşte: eficienţa emitorului:

11)0(→−==

E

n

E

P

ii

iiγ

c) joncţiunea CB este polarizată invers: există un curent local al joncţiunii (ca la dioda polarizată invers), . invi

2 3


Concluzii: tensiunea mică de pe joncţiunea EB impune curenţi de colector a căror valoare nu depinde, practic, de tensiunea de pe joncţiunea CB; dispozitivul se comportă la ieşire ca o sursă de curent – mărime de ieşire (curent) comandată de o mărime de intrare (tensiune) – tranfer resistor → transistor.

2 4

Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notiţe 3. Ecuaţii de funcţionare Ipoteze simplificatoare - model unidimensional; - concentraţii constante de impurităţi; - grosimile zonelor neutre ale E şi C >> lungimile de difuzie; - nivele mici de injecţie (conc. purtători injectaţi << conc. maj.); - se neglijează fenomenele de generare-recombinare în regiunile de trecere; - se presupune absenţa altor agenţi externi; - tranzistor PNP în RAN; - → se neglijează regiunea de trecere EB. nppp nppLd >><< ',, Condiţii la limită (de tip Shokley):

)()(;)(

)0()(;)(

3'

4

21

wpeplpenln

peplpenln

kTCqu

nkT

Cqu

p

kTEqu

nkT

Equ

p

≅==

≅==−

Etapa I: Se neglijează curentul de recombinare din bază → curentul de goluri din bază este constant →

.)0()( ctjdxdpqDxj ppp ==−= sau:

p

p

qDj

dxdp )0(

−=

Se integrează:

xqDj

Cxpp

p )0()( −= cu condiţiile:

)()()0()(0

wpxpwxCpxpx

=→===→=

5


xqDj

pxpp

p )0()0()( −= (variaţie liniară);

Se calculează: wqDj

pwpp

p )0()0()( −= şi rezultă:

[ ])()0()0( wppw

qDj p

p −= sau: ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= kT

CqukT

Equnp

p eew

pqDj )0(

Pentru RAN: q

kTuu CC >>< ,0 → kTEqu

npp e

wpqD

j =)0(

Semnificaţia lui : w

( )

'

''02

pn

pnC

pnpn

quUdldw

+−−=−≅

ε

Se observă că dacă ⇒↓⇒↓ wuC efect de modulaţie a grosimii bazei (ceea ce duce la ideea de reacţie internă în tranzistor). Etapa II: Se calculează curentul de recombinare pornind de la ecuaţia de continuitate, în regim staţionar:

0)(1=−

−−=

∂∂

dxxdj

qpp

tp p

p

n

τ sau:

[ ] 0)(

)( =+−dx

xdjpxpq p

npτ

Se integrează pe toată lungimea bazei:

[ ] 0)()(00

=+− ∫∫w

p

w

np

xdjdxpxpqτ

Dar:

6


Rezultă: rpp

w

p jjwjxdj −=−=∫ )0()()(0

[ ]

[ ] =−−=

=⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−−=−= ∫∫

2

00

)0(21)0(

)0()0()(

wqDjqwppq

dxxqDj

ppqdxpxpqj

p

p

pn

p

w

p

pn

p

w

np

r

ττ

ττ

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−− kT

CqukT

Equnp

pn

kTEqu

np

eew

pqDqD

wpepqw21

τ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−−= kT

CqukT

EqukT

Equ

p

n eeeqwp21

211

τ Rezultă:

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−+= 2

2kT

CqukT

Equ

p

nr eewqpj

τ

Pentru RAN: kTEqu

p

nr e

Dwqpj

2≅ .

Etapa III: - curentul local de electroni la joncţiunea emitor-bază:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= 1)0( kT

Equ

n

pnn e

LnqD

j

Etapa IV: - curentul propriu la joncţiunea colector-bază (ca la o joncţiune PN polarizată invers, dar cu zona P “subţire”→w):

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=− 1'

''kT

qu

n

pnnpco

C

eL

nqDw

pqDj (colectorul este dopat

diferit cu impurităţi în comparaţie cu emitorul);

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+= '

''

n

pnnpco L

nqDw

pqDj pentru RAN

(pentru s-a luat semnul corelat cu semnul curentului de colector). coj

7

Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notiţe Dacă A este aria secţiunilor transversale ale joncţiunilor, curenţii vor fi:

(0) (0)E p ni A j j⎡ ⎤= +⎣ ⎦

( ) (0)C p co p ri A j w j A j j j⎡ ⎤ ⎡= + = − +⎣ ⎦ ⎣ co ⎤⎦

C− [ ](0)B n r co Ei A j j j i i= + − =Determinarea parametrilor tranzistorului: a) factorul de injecţie al emitorului (eficienţa emitorului):

np

pn

n

kTCqu

kTEqu

np

kTEqu

n

pn

p

nnp

p

E

p

pDnD

Lw

eew

pqD

eL

nqD

jjjj

ji

i

+≅

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

+

=

=+

=+

==

1

1

1

1

1

)0()0(1

1)0()0(

)0()0(γ

Dar:

pp

ippp

nn

innn

DkTq

nnqqp

DkTq

pnqqn

2

2

==

==

µσ

µσ →

p

n

np

pn

pDnD

σσ

=

Rezultă:

p

n

nLwσσγ

+=

1

1 → 1

- baza mai slab dopată decât emitorul, pn σσ <<

- baza cât mai îngustă, nLw <<b) factorul de transport:

8


kTCqu

kTEqu

kTCqu

kTEqu

pkTCqu

kTEqu

np

kTCqu

kTEqu

p

n

p

r

p

rp

p

p

p

pt

ee

eeLw

eew

pqD

eewqp

jj

jjj

jwj

iwi

−

−+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+

−=

=−=−

===

2211

22

1

)0(1

)0()0(

)0()(

)0()(

2τ

β

Rezultă, pentru RAN:

2

211 ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−≅

pt L

wβ → 1 pLw <<

Se observă: coEocoEtcoptcopC iiiiiiiwii +=+=+=+= αγββ )0()( - relaţia fundamentală a tranzistorului.

22

0 211

211

1

1⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−≅

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

+≅

pp

n

np

p

n

n

Lw

Lw

Lw

Lw σ

σ

σσα

0α este factorul de curent al tranzistorului în conexiunea BC. Valorile tipice sunt apropiate de 1 dar mai mici decât 1.

9

Capitolul 3 Tranzistorul bipolar 4. Caracteristicile statice ale TBIP a) caracteristicile statice (în general) * caracteristica de transfer – o mărime de ieşire în funcţie de o mărime de intrare: - sau cu parametru sau )(0 ivv )( io vi ii - )( sau cu parametru ; 0 iiv )( io ii iv * caracteristica de ieşire – o mărime de ieşire în funcţie de cealaltă mărime de ieşire cu parametru o mărime de intrare: - )( cu parametru sau sau oo vi ii iv - )( cu parametru sau ; oo iv ov ii * caracteristica de intrare – o mărime de intrare în funcţie de cealaltă mărime de intrare cu parametru o mărime de ieşire: - )( cu parametru sau ; ii vi ov oi - )( cu parametru sau . ii iv ov oi b) caracteristicile statice ale TBIP în conexiunea BC b1) caracteristica de ieşire .)( ctiCCC E

uii ==

Relaţii: coEoC iii +=α

10


⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−= 1'

''kT

qu

n

pnnpco

C

eL

nqDw

pqDAi

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

+≅

2

0 211

1

1

p

p

n

n

Lw

Lwσσα

- pentru , 0=Ei ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−= 1kT

qu

coC

C

eii :

- pentru 0=Cu , 0=Ci - pentru 0<Cu .0 ctii cC ==

- pentru , mAiE 1= ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−⋅= 110

kTqu

coC

C

eii α :

- pentru 0<Cu coC ii +⋅= 10α - anularea lui se face pentru Ci 0>Cu


⎞⎜⎜⎝

⎛−−⋅= 120

kTqu

coC

C

eii α (în mA):

- pentru 0<Cu coC ii +⋅= 10α - anularea lui se face pentru , dar la o valoare cu puţin mai mare decât în cazul precedent;

Ci 0>Cu


⎞⎜⎜⎝

⎛−−⋅= 130

kTqu

coC

C

eii α (în mA):

- pentru 0<Cu coC ii +⋅= 10α - anularea lui se face pentru , dar la o valoare cu puţin mai mare decât în cazul precedent;

Ci 0>Cu

11

Capitolul 3 Tranzistorul bipolar Observaţii: - caracteristici aproape orizontale, abaterea provenind de la variaţia lui

şi a lui coi 0α cu tensiunea prin intermediul lui ; Cu w - caracteristici aproape echidistante la creşteri egale ale curentului de emitor provenind de la variaţia lui 0α cu curentul de emitor (colector); - anularea curentului de colector se face pentru tensiuni de colector pozitive, mici şi foarte apropiate ca valoare pentru diferite valori ale curentului de emitor. Regimuri de funcţionare: - regiunea de blocare (tăiere), pentru 0≤Ei ; - regiunea activă normală; - regiunea de saturaţie. b2) caracteristica de ieşire .)( ctuCCC E

uii ==

Relaţii:

cokT

qu

cokT

qunp

coEoC iew

ctiew

pqDAiii

EE

+=+=+= 00 .ααα

Observaţii: - caracteristicile nu sunt echidistante; - panta caracteristicilor este mai mare (w apare şi explicit la numitor şi el scade când tensiunea de colector creşte în modul); - anularea curentului se face tot pentru valori pozitive ale lui . Cu

.)( ctuEEE Cui =i = b3) caracteristica de intrare

Relaţii:

kTqu

npkTqu

kTqu

npE

ECE

ew

pqDAee

wpqD

Ai ≅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= (pentru RAN)

12

Capitolul 3 Tranzistorul bipolar Observaţii: - caracteristica exponenţială; - pentru , caracteristica trece prin origine; 0=Cu - influenţa lui este mică, prin intermediul lui w; Cu b4) caracteristica de transfer )( ECC iii = sau )( ECC uii = Relaţii: coEoC iii +=α Observaţii: - practic, paralelă cu prima bisectoare; - la curenţi mari, 0α scade. b5) influenţa temperaturii asupra caracteristicilor statice:

13

Capitolul 3 Tranzistorul bipolar Observaţii: - caracteristicile se deplasează către stânga sus, PSF se apropie de zona de saturaţie. b6) aproximarea caracteristicilor (model în curent continuu) Desen - vezi verso două desene Observaţii: - la intrare, tranzistorul poate fi modelat în cea mai simplă formă cu o tensiune de prag, , cu valori tipice de 0,2 V pentru Ge şi 0,6 V pentru Si; curentul de emitor este stabilit de circuitul exterior;

DV

- în colector, tranzistorul este modelat printr-un generator de curent comandat de curentul din emitor; de cele mai multe ori se foloseşte egalitatea , care presupune că pentru factorul de curent EC ii ≅ 0α se ia valoarea 1. c) caracteristicile statice ale TBIP în conexiunea EC c1) caracteristica de ieşire .)'( ctiCCC B

uii ==

Relaţii: coEoC iii +=α BCE iii +=Se elimină şi rezultă: Ei

14


15


ceoBC iii += 0β cu 0

00 1 α

αβ−

= (factorul de curent al

tranzistorului în conexiune EC) şi 01 α−

= coceo

ii .

Observaţii: - caracteristicile au panta mai mare deoarece 0β depinde mai puternic

de prin intermediul lui : ECc uuu −=' w

p

n

npp

n

np

p

n

np

Lw

Lw

Lw

Lw

Lw

Lw

σσ

σσ

σσ

ααβ

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛≅

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡−⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−

−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

≅−

= 22

2

0

00

21

1

2111

211

1

- caracteristicile trec printr-un punct foarte apropiat de origine; - caracteristicile nu sunt echidistante deoarece dependenţa de curentul de colector a factorului de curent în conexiune EC este mai mare decât în cazul conexiunii BC. c2) caracteristica de ieşire .')'( ctuCCC B

uii ==

Relaţii:

cokT

qunp

cokT

qunp

coEC iew

pqDAie

wpqD

AiiiBE

+=+=+=−

'

000 ααα

BCECc uuuuu '' +=−=

16


.')'(' ctuBBB Cui =i = c3) caracteristica de intrare

Relaţii: ( ) coEcoEECEB iiiiiiii −−=−−=−= 00 1 αα

p

n

np Lw

Lw

σσα +⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=−

2

0 211 (puternic influenţat de ) Cu'

Observaţii: - carateristicile nu trec prin origine; - tensiunea are o influenţă mică. Cu' c4) caracteristica de transfer )( BCC iii = , parametru ; Cu'Relaţii: coBC iii += 0β

17

Capitolul 3 Tranzistorul bipolar Observaţii: - influenţă mai mare a tensiunii de colector prin intermediul lui care determină o variaţie mai puternică a lui

w0β .

c5) Dependenţa de temperatură a caracteristicilor statice c6) Valori uzuale pentru 0α oβ (0.95 - 0.995) şi (20 -300); c7) Aproximarea caracteristicilor statice: - la intrare, tranzistorul poate fi modelat în cea mai simplă formă cu o

tensiune de prag, , cu valori tipice de 0,2 V pentru Ge şi 0,6 V pentru Si; curentul de bază este stabilit de circuitul exterior;

BEV

- în colector, tranzistorul este modelat printr-un generator de curent comandat de curentul din bază; de cele mai multe ori se foloseşte egalitatea

, care presupune că relaţia pentru curentul de colector devine: EC ii ≅

BC ii 0β= prin neglijarea curentului rezidual, . coi

18

Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notiţe 5. Modelul Early Tranzistorul este utilizat pentru prelucrarea semnalelor variabile. Semnalele variabile se aplică în serie cu tensiunile de polarizare - ca urmare, se vor modifica curenţii, deci şi tensiunile pe rezistenţa de sarcină. În cazul general, semnalul variabil se suprapune peste regimul de curent continuu. Tranzistorul – element neliniar – adică relaţiile dintre tensiuni şi curenţi sunt neliniare. Liniarizarea se poate face în condiţii de semnal mic.

Definiţie: factor de amplificare în curent: 01

2

2 =∆∆∆

uii

- pentru conexiunea BC: .ctuE

C

Cii

=∆∆

=α

- pentru conexiunea EC: .'

'ctuB

C

Cii

=∆∆

=α

- pentru conexiunea CC: .''

''ctuB

E

Cii

=∆∆

=α

Conexiunea BC:

18

Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notiţe Relaţii: coEC iii += 0α rezultă, prin derivare:

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛+=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

=== ..

00

.

00

ctuE

E

ctuEE

ctuEE

E

C

CCCdidu

dudi

didi

didi αααα

Deoarece: kTqu

npE

E

ew

pqDAi = , E

PSFE

E IkTq

dudi

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ deci:

.

00

.

00

1

ctuEEctuEE

CCdud

qkT

IqkT

dudI

==

+=+=ααααα

Deoarece în RAN depinde puţin de (prin W), rezultă: 0α Eu 0αα ≅ . Dependenţa 0α de PSF: variaţia lui 0α cu curentul de colector (emitor) determinată de: - generarea de purtători electroni-goluri din zona de trecere (γ ); - efecte la nivel mare de injecţie ( tβ ). Conexiunea EC:

Relaţii: βα =∆∆

== .'

'ctuB

C

Cii

19


ααβα−

=⇒∆=∆∆+∆=∆→+=1ECBCEBCE iiiiiiii

Factor de amplificare în regim variabil în conexiunea EC: eh21=β . Variaţia lui β cu curentul de emitor (colector) este mult mai puternică decât în cazul conexiunii BC. Conexiunea CC: nu prezintă elemente importante din punct de vedere al regimului static de funcţionare; referirile se fac la conexiunea EC. Modelul Early: Condiţii: semnale variabile mici; regim staţionar.

a) circuitul de intrare ),( CEEE uuii =Se diferenţiază în jurul unui PSF, ( )CECE IIUUM ,,,

CMC

EE

ME

EE u

uiu

uii ∆

∂∂

+∆∂∂

=∆

Kuiru

uiui

i

ui

u CEenC

MC

E

ME

EE

mE

EE

∆+∆=∆

∂∂

∂∂

−

+∆

∂∂

=∆11

Se desenează sub forma unui circuit electric:

20

Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notiţe Observaţii: - : rezistenţa naturală a emitorului: enr

kTqu

npE

E

ew

pqDAi = (pentru RAN: ,0<Cu

qkTuC >> )

E

M

kTqu

np

E

E IkTqe

kTq

wpqD

Aui E

==∂∂

Rezultă:

EE

ME

Een IIq

kT

ui

r 026,011==

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

= (valoare mică)

- K : coeficientul de modulaţie a grosimii bazei:

MC

EMC

kTqu

npMC

E

uw

wI

uw

wepAqD

ui E

∂∂

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=

∂∂

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=

∂∂ 11

2

MCE

MC

E

MC

E

ME

E

uw

wqkTI

uw

w

kTqI

uiui

K

∂∂

=

∂∂

−−=

∂∂

∂∂

−=1

11

(reprezintă influenţa ieşirii asupra intrării prin intermediul grosimii efective a bazei – reacţia internă în tranzistor).

( )

'0

'0'

''0 12

Uuld

pnpn

quUdw C

pn

pnC −−=+−

−≅ε

'0

'0

'0

1

12

UUU

luw

CMC −=

∂∂

Valori tipice pentru K: 53 1010 ÷ . b) circuitul de ieşire

Relaţia: )(),( 0000 CcECEcEC uiiuiiii +=+= αα

21

Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notiţe Se diferenţiază:

CMC

cC

MCEE

MEEEC u

ui

uu

iii

iii ∆∂

∂+∆⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

∂

∂+∆⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

∂

∂+∆=∆ 000

0αα

α

CMC

c

MCEE

MEEC u

ui

uii

iii ∆⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡

∂∂

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

+∆⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

+=∆ 0000

ααα

Se poate scrie sub forma: CcnEC ugii ∆−∆=∆ α Se desenează sub forma unui circuit electric: Observaţii: - α factor de amplificare în curent în conexiunea BC - conductanţa naturală a emitorului – dependenţa de PSF: cng

22

0 211

211 ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−≅−⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

pp

n

np Lw

Lw

Lw

σσα

( )CCpCppC u

wwu

wwL

wuw

Lw

Lu ∂∂

−−=∂∂

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

∂∂

−=∂∂ 1121

21212

21

0

2

0 αα

( )MC

EcMC

EMC

ccn u

ww

Igu

iuig

∂∂

−+=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

+∂∂

−=112 00

00 αα

22


( ) ( )en

cMC

Eccn Krg

kTq

qkT

uw

wIgg 0

00012112 αα −

+=∂∂

−+=

Se obţin valori mici pentru conductanţa naturală a emitorului - S76 1010 −− − - ceea ce conferă TBIP caracterul de generator de curent şi în

regim dinamic. Pentru semnale rapid variabile, intervin elementele capacitive: Se adaugă şi rezistenţa distribuită a bazei, 'bbx rr = : Pentru circuitul Early elementele de circuit depind şi de frecvenţă, ceea face dificilă utilizarea lui. Capacităţile tranzistorului La joncţiunea emitor-bază – polarizată direct – capacitatea de difuzie este mai importantă decât capacitatea de barieră; la joncţiunea colector bază – polarizată direct – contează ambele componente, mai importantă fiind, totuşi, capacitatea de barieră. bcdccbedee CCCCCC +=+= Capacităţile de barieră – ca la joncţiunea PN:

23


0

0

1UU

CCE

bebe

−=

'0

0

1UU

CCC

bcbc

−=

Capacitatea de difuzie este determinată de variaţia sarcinii purtătorilor mobili de sarcină din bază la variaţii ale tensiunii emitor bază respectiv colector-bază. - condiţii la limită de tip Shockley:

kTqu

nkT

qu

n

CE

epwpepp == )(;)0( Cantitatea totală de sarcină:

kT

qu

nkT

qukT

qu

n

ww

dd

ECE

eqAwpeeqAwp

wppqAwdxxqApdQQ

21

21

2)()0()(

00

≅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

=+

=== ∫∫

Capacitatea de difuzie la joncţiunea emitor-bază:

Ep

kTqU

nME

dde I

kTq

Dwe

kTqqAwp

dudQC

E

221 2

===

Capacitatea de difuzie la joncţiunea colector-bază:

KC

KkTqI

KDw

Dw

kTq

uw

wqkTe

wpqD

A

uweqAp

dudQC

deE

ppMC

kTqU

np

MC

kTqU

nMC

ddc

E

E

==∂∂

=

=∂∂

==

12

121

21

22

24

Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notiţe 6. Circuit echivalent Giacoletto Este un model pentru care parametrii nu depind de frecvenţă până la o valoare foarte mare a acesteia ( ). αf5,0< Se deduce din modelul Early:

CcnEE

CEenE

ugiIKuiru

∆−∆=∆

∆+∆=∆

α

Prima relaţie se scrie:

en

C

en

EE Kr

urui ∆

−∆

=∆ sau:

en

CEE

enE

enE Kr

uuur

Kur

i ∆−∆+∆

−+∆

−=∆

11 αα

care se scrie sub

forma:

o

CEE

en

EE r

uuuSrui ∆−∆

+∆+∆

=∆

Analog, relaţia a doua se scrie:

Cen

cnen

CE

en

Ccnen

C

en

ECcnCC

uKr

gKr

uur

K

ugKr

uruugii

∆⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−−

∆−∆+

−=

=∆−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ∆−

∆=∆−∆=∆

αα

αα

11 sau:

µru

ruuuSi C

o

CEEC

∆−

∆−∆+∆=∆

Se desenează, sub forma unui circuit electronic, cele două relaţii:

25

Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notiţe Interpretarea parametrilor (în ordinea importanţei):

* CCoen

o

enenII

kTq

rrrKS 40

1

≅=≅≅−

= αααα

S este panta tranzistorului, în VmA

, pentru în mA ); CIVmAS 40=

pentru . mAIC 1=

* SS

rr en βα

ααπ =

−≅

−=

111

(reprezintă curentul local al joncţiunii EB, valori tipice de Ωk pentru de

ordinul mA) CI

- se pune în evidenţă relaţia: oSr ββπ ≅=

* C

eno qIkTK

SKKrr ≅≅=α

(reprezintă reacţia internă a tranzistorului, valori tipice de ) – dependentă de PSF şi de frecvenţă;

Ω54 1010

* en

cocnen

cn KrgS

Kg

Krg

rα

ααα

µ

−+=

−−=

−−=

11111

(dependent de PSF şi de frecvenţă, valori tipice pentru de µr Ω10106 )

* rezistenţa distribuită a bazei, valori tipice zeci – sute Ω . xr Schema se poate desena şi pentru conexiunea EC. Schema simplificată pentru frecvenţe joase

26

Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notiţe Schema simplificată pentru amplificare mică Schema simplificată pentru frecvenţe înalte

27

Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notiţe 7. Parametrii de cuadripol Din punct de vedere dinamic, tranzistorul poate fi caracterizat printr-un model matematic prin care se iau în considerare relaţiile dintre mărimile de intrare (curent, tensiune) şi mărimile de ieşire (curent, tensiune) ale acestuia considerat ca un cuadripol. - mărimi de intrare: - curentul de intrare, iI - tensiunea de intrare, iU

- mărimi de ieşire: - curentul de ieşire, 0I - tensiunea de ieşire, 0U Relaţiile dintre cele patru mărimi – determină seturi de parametri – - mai importanţi – - parametrii y (pentru analiza circuitelor funcţionând la frecvenţe mari) - parametrii h (pentru analiza circuitelor funcţionând la frecvenţe mici). Parametrii h se pot măsura în cele mai bune condiţii: scurt circuit la ieşire (sarcina formată dintr-o capacitate mare) şi întrerupere la intrare (comandă prin generator de curent). Deducerea parametrilor h din parametrii circuitului echivalent Giacoletto pentru conexiunea EC:

28

Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notiţe Parametrii h se deduc pornind de la definiţie:

πµππµ rrrrrZZrI

Uhh xxxi

ii +≅+=+====11

- valori tipice: Ωk (pentru curenţi de ordinul mA);

- dependent de PSF (prin CqI

kTr 0βπ = );

- are importanţă la curenţi mari; xr - la frecvenţe mari intervine şi o dependenţă de frecvenţă;

βπ

µπ

µ

µπ

µ =≅+

−=

+

−===

=

Sr

rr

rS

Zu

Zu

ZuSu

IIhh

ebeb

ebeb

Uf 11

1

''

''

01

221

2

- principalul parametru dinamic al tranzistorului; - numeric, practic egal cu parametrul static 0β ; - valori tipice: ; 30050 - relaţia βπ =Sr permite determinarea parametrului dacă se cunoaşte curentul din PSF;

ih

- se poate pune în evidenţa panta tranzistorului:

i

xi

f

xi

ff

hrh

hrh

hrh

rS

−=

−===

1

1ππ

β

µ

π

µ

π

µπ

π

rr

ZZ

ZZZ

UUhh

iIo

ii =≅

+===12

- valori tipice; 54 1010 −− - dependent de PSF; - dependent de frecvenţă.

29


µµ

π

π

π

µπ

β

µ

rrrSr

r

UZZ

ZSZZr

U

UIhh

oo

o

oo

Io

oo

i

++=

++=

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

++

++

====

1111

11

022

- valori tipice: S54 1010 −− ; - dependent de PSF şi de frecvenţă. Schema cu parametrii h simplificaţi (prin neglijarea lui h12 şi h22)

30

capitolul 3 tranzistorul bipolarandrei.clubcisco.ro/cursuri/2eea/3.tranzistorul_bipolar.pdf ·...

Documents