Title: Tranzystor
1Tranzystor
2trójkoncówkowy pólprzewodnikowy element
elektroniczny, posiadajacy zdolnosc wzmacniania
sygnalu elektrycznego. Nazwa tranzystor pochodzi
z angielskiego zwrotu "transfer resistor", który
oznacza element transformujacy rezystancje.
- Wyróznia sie dwie glówne grupy tranzystorów,
rózniace sie zasadniczo zasada dzialania - Tranzystory bipolarne, w których prad wyjsciowy
jest funkcja pradu wejsciowego (sterowanie
pradowe). - Tranzystory unipolarne (tranzystory polowe), w
których prad wyjsciowy jest funkcja napiecia
(sterowanie napieciowe). - Tranzystor ze wzgledu na swoje wlasciwosci
wzmacniajace znajduje bardzo szerokie
zastosowanie. Jest oczywiscie wykorzystywany do
budowy wzmacniaczy róznego rodzaju róznicowych,
operacyjnych, mocy (akustycznych), selektywnych,
pasmowych. Jest kluczowym elementem w konstrukcji
wielu ukladów elektronicznych, takich jak zródla
pradowe, lustra pradowe, stabilizatory,
przesuwniki napiecia, klucze elektroniczne,
przerzutniki, czy generatory. - Poniewaz tranzystor moze pelnic role klucza
elektronicznego, z tranzystorów buduje sie takze
bramki logiczne realizujace podstawowe funkcje
boolowskie, co stalo sie motorem do bardzo
dynamicznego rozwoju techniki cyfrowej w
ostatnich kilkudziesieciu latach. Tranzystory sa
takze podstawowym budulcem wszelkiego rodzaju
pamieci pólprzewodnikowych
3- Tranzystor bipolarny tranzystor, który
zbudowany jest z trzech warstw pólprzewodników o
róznym rodzaju przewodnictwa, tworzacych dwa
zlacza PN sposób polaryzacji zlacz determinuje
stan prac tranzystora. - Tranzystor posiada trzy koncówki przylaczone do
warstw pólprzewodnika, nazywane - emiter (ozn. E),
- baza (ozn. B),
- kolektor (ozn. C).
- Ze wzgledu na kolejnosc warstw pólprzewodnika
rozróznia sie dwa typy tranzystorów pnp oraz
npn w tranzystorach npn nosnikiem pradu sa
elektrony, w tranzystorach pnp dziury.
4(No Transcript)
5- Stany pracy
- Rozróznia sie cztery stany pracy tranzystora
bipolarnego - stan zatkania (odciecia) zlacza BE i CB
spolaryzowane sa w kierunku zaporowym, - stan nasycenia zlacza BE i CB spolaryzowane sa w
kierunku przewodzenia, - stan aktywny zlacze BE spolaryzowane w kierunku
przewodzenia, zas zlacze CB zaporowo, - stan aktywny inwersyjny (krócej inwersyjny) BE
zaporowo, CB w kierunku przewodzenia (odwrotnie
niz stanie aktywnym). - Stan aktywny tranzystora jest podstawowym stanem
pracy wykorzystywanym we wzmacniaczach w tym
zakresie pracy tranzystor charakteryzuje sie
duzym wzmocnieniem pradowym (kilkadziesiat-kilkuse
t). - Stany nasycenia i zaporowy stosowane sa w
technice impulsowej, jak równiez w ukladach
cyfrowych. - Stan aktywny inwersyjny nie jest powszechnie
stosowanych, poniewaz ze wzgledów konstrukcyjnych
tranzystor charakteryzuje sie wówczas gorszymi
parametrami niz w stanie aktywnym (normalnym),
m.in. mniejszym wzmocnieniem pradowym.
6npn
pnp
Jezeli tranzystor jest w stanie normalnej pracy
czyli spelnia powyzsze warunki to z dobrym
przyblizeniem prawdziwa jest zaleznosc, która
warto zapamietac
IChFE IBbIB
gdzie hFE jest wspólczynnikiem wzmocnienia
pradowego nazywanego równiez beta. Wspólczynnik
ten moze przyjmowac wartosci od 50 do 300A/A dla
tego samego typu tranzystora, a wiec nie jest
parametrem na którym mozna opierac parametry
projektowanego ukladu.
7(No Transcript)
8(No Transcript)
9(No Transcript)
10Charakterystyki tranzystora
Prad kolektora IC jest tu funkcja napiecia
baza-emiter UBE. Charakterystyka tama charakter
wykladniczy. Dla tranzystora wspólczynnik
korekcyjny m jest praktycznie równy jeden i wzór
opisujacy charakterystyke przejsciowa mozna z
dobrym przyblizeniem przedstawic jako
- charakterystyka wyjsciowa tranzystora, która
przedstawia zaleznosc pradu kolektora IC od
napiecia kolektor-emiter UCE przy doprowadzonym
napieciu wejsciowym baza-emiter UBE.
Z charakterystyki tej mozna stwierdzic, ze - powyzej pewnego napiecia prad kolektora prawie
nie zalezy od napiecia UCE, - do wywolania duzej zmiany pradu kolektora IC
- wystarczy mala zmiana napiecia baza-emiter UBE.
- Punkt, w którym nastepuje zagiecie
charakterystyki wyjsciowej nazywany jest
napieciem nasycenia kolektor-emiter UCEsat.
11- Parametry graniczne tranzystoraTranzystory, tak
zreszta jak inne elementy elektroniczne, maja
charakterystyczne dla siebie parametry graniczne,
tzn. takie których przekroczenie grozi
uszkodzeniem tranzystora. Do takich wlasnie
parametrów naleza - UEB0max - dopuszczalne napiecie wsteczne
baza-emiter - UCB0max - dopuszczalne napiecie wsteczne
kolektor-baza - UCE0max - maksymalne dopuszczalne napiecie
kolektor-emiter - ICmax - maksymalny prad kolektora
- IBmax - maksymalny prad bazy
- Pstrmax - maksymalna dopuszczalna moc strat
12Uklady polaryzacji tranzystorówO takich ukladach
mówi sie równiez uklady zasilania tranzystorów
czy tez uklady ustalania punktów pracy. Uklady te
maja za zadanie nie tylko zasilac tranzystor ale
równiez ustalac jego stalopradowy punkt pracy,
czyli stale napiecie kolektor-emiter UCE i staly
prad kolektora IC. Punkt pracy musi byc
dobrany w sposób optymalny do funkcji jaka
spelnia uklad, w którym pracuje tranzystor.
Uklad z potencjometrycznym zasilaniem bazy
13Uklad z wymuszonym pradem bazy
Uklad ze sprzezeniem kolektorowym
14(No Transcript)
15Tranzystor polowy, tranzystor unipolarny, FET
(ang. Field Effect Transistor) - tranzystor, w
którym sterowanie pradem odbywa sie za pomoca
pola elektrycznego. Zasadnicza czescia
tranzystora polowego jest krysztal odpowiednio
domieszkowanego pólprzewodnika z dwiema
elektrodami zródlem (symbol S od angielskiej
nazwy source) i drenem (D, drain). Pomiedzy nimi
tworzy sie tzw. kanal, którym plynie prad. Wzdluz
kanalu umieszczona jest trzecia elektroda, zwana
bramka (G, gate). W tranzystorach epiplanarnych,
jak równiez w przypadku ukladów scalonych, w
których wytwarza sie wiele tranzystorów na
wspólnym krysztale, wykorzystuje sie jeszcze
czwarta elektrode, tzw. podloze (B, bulk albo
body), sluzaca do odpowiedniej polaryzacji
podloza.
Nazwy poszczególnych elektrod to D - dren, S -
zródlo, G - bramka. E lektrody te spelniaja
podobne funkcje jak odpowiadajace im elektrody w
tranzystorze bipolarnym. Kolektorowi C odpowiada
dren D, emiterowi E odpowiada zródlo S, a bazie B
odpowiada bramka
16(No Transcript)
17JFET
18Metal-Oxide-Semiconductor FET, MOSFET
W technologii MOSFET tranzystory sa produkowane
w formie trzech warstw. Dolna warstwa to plytka
wycieta z monokrysztalu krzemu lub krzemu
domieszkowanego germanem. Na plytke te napyla sie
bardzo cienka warste krzemionki lub innego tlenku
metalu lub pólmetalu, która pelni funkcje
izolatora. Warstwa ta musi byc ciagla (bez
dziur), ale jak najciensza. Obecnie w najbardziej
zaawansowanych technologicznie procesorach
warstwa ta ma grubosc równa pieciu czasteczek
tlenku. Na warstwe tlenku napyla sie z kolei
bardzo cienka warstwe dobrze przewodzacego metalu
(np. zlota).
19(No Transcript)
20Charakterystyka tranzystora polowego
21Dynistor
Sklada sie on z az trzech zlacz p-n (dioda 1),
n-p (dioda 2) i znów p-n (dioda 3). Aby dynistor
mógl przewodzic potencjal na anodzie musi byc
wieksze od potencjalu katody (mamy juz
spolaryzowane dwie diody w kierunku przewodzenia
- 1 i 2 - stan blokowania). Ale zalaczenie
dynistora nastepuje dopiero po gwaltownym
wzroscie napiecia pomiedzy anoda a katoda -
du/dt(przewodzenie) lub przez przekroczenie
napiecia wlaczenia. Jesli potecjaly sa odwrotne
tzn. katody wiekszy od anody to dynistor jest w
stanie zaporowym. Charakterystyka jest
analogiczna jak dla tyrystora tylko, ze tu nie
wlaczamy go kiedy chcemy ... zalacza sie sam.
22Tyrystor
Zalaczenie tyrystora nastepuje przy odpowiedniej
polaryzacji (anoda katoda-). i podaniu
dodatniego wzgledem katody impulsu bramkowego. Im
mniejsze jest napiecie miedzy anoda a katoda, tym
wiekszy musi byc prad bramki. Wylaczenie
tyrystora nastepuje przy obnizeniu napiecia
anoda-katoda lub spadku wartosci przeplywajacego
pradu ponizej IH - pradu podtrzymania.
Moze zalaczyc sie takze jak dynistor przy duzych
du/dt - skokach napiecia miedzy anoda a katoda.
23IH - prad podtrzymania IL - prad zalaczania VBO -
napiecie przelaczania
W stanie spoczynkowym oba traznystory sa zatkane
(nie przewodza). Po wcisnieciu przycisku pojawi
sie prad bazy - otworzy sie tranzystor npn. Prad
jego kolektora spowoduje otwarcie tranzystora
pnp. Z kolei prad kolektora pnp poplynie do bazy
npn - podtrzymujac jego otwarcie, po puszczeniu
przycisku.Wystarczy wiec podac nawet krótki
impuls na bramke, aby otworzyc element na stale.
Uklad bedzie przewodzil az do zaniku lub zmiany
polaryzacji napiecia zasilajacego.
24Triak (TRIode for Alternating Current)
Dzialanie triaka jest analogiczne do
przeciwsobnego polaczenia dwóch tyrystorów (SCR),
z ta róznica, ze triak posiada tylko jedna bramke
- wlaczenie nastepuje niezaleznie od polaryzacji
(w przeciwienstwie do tyrystora, który moze byc
zalaczony tylko jesli potencjal anody jest
wiekszy od potencjalu katody). Triak dziala w obu
kierunkach polaryzacji i zachowuje sie jak
tyrystor w dodatniej czesci swojej charakterystyki
25Nastepny wyklad wiadomosci ogólne na
temat -generatory -zasilacze -stabilizatory -fil
try