cap5_Bipolarul.Studenti

19.04.23

Capitolul VTRANZISTORUL BIPOLAR

DCE 1

Capitolul V

TRANZISTORUL BIPOLAR

5.1 Introducere

5.2 Efectul de tranzistor

5.3 Relatii între curenţi şi tensiuni

5.4 Tranzistorul în RAN şi RAI

5.5 Tranzistorul în blocare şi saturaţie

5.6 Modelarea simplificată a tranzistorului

5.7 Fenomene fizice de ordin al II-lea

5.8 Modelarea avansată a tranzistorului

5.9 Frecvenţe limită

5.10 Tensiuni limită

5.11 Regimul termic al tranzistorului

DCE 1

5.1 Introducere

BCE iii

0vvv CBECBE =++

(5.1a)

(5.1b)

iB

iC

iE

C

E

B

npn

iB

iC

iE

C

E

B

pnp

Simboluri - relaţii fundamentale

Fig 5.1a

DCE 1

E

wE0 wB0 wC0

wCxdCwBxdEwE

B

C

RSS JE RSS JC

n – ND,E n – ND,C p

NA

Fig. 5.1b

5.1 Introducere

Structura ideală

DCE 1

Capitolul V


5.1 Introducere











DCE 1

E

wB

B

C

RSS JE RSS JC

(n) (n)(p)

Fig. 5.2a

+ +- -

vBE vCB

iE

iB

iCEJC


Tranzistorul in RAN

DCE 1

E

wB

B

C

RSS JE RSS JC

(n) (n)(p)

Fig. 5.2b

+ +- -

vBE vCB

iE

iB

iC


Bază groasă

DCE 1


Bază groasă

B

E C

+ +- -vBE vCB

iCiE

Fig. 5.2c

DCE 1

Capitolul V


5.1 Introducere


5.3 Relaţii între curenţi şi tensiuni









DCE 1

SATURAŢIE

RAN = RAD

RAI

BLOCARE

0v,0v BCBE 0v,0v BCBE

0v,0v BCBE 0v,0v BCBE

BCv

BEv


Fig. 5.3

DCE 1

Capitolul V


5.1 Introducere











DCE 1

E0CB iI EFC ii

0vE

CF

BCi

i

Factorul de amplificare static, în curent, RAN, conexiunea bază comună (BC)

(5.11a)

Fig. 5.4a

(5.11b)

iC-iE CE

BCB B

+

vEB

─

+

vCB

─

Q

B


DCE 1

Fig. 5.4b

iC

iB

C

ECE E

+

vBE

─

+

vCE

─

QB

E


BECE vvB

CF i

i

Factorul de amplificare static, în curent, RAN, conexiunea emitor comun (EC)

DCE 1

Factorul de amplificare static, în curent,RAI, conexiunea colector comun (CC)

BCEC vvB

ER i

i

Fig. 5.4c

-iE

iB

E

CCC C

+

vBC

─

+

vEC

─

QB

C


DCE 1

Capitolul V


5.1 Introducere











DCE 1

+VCC

SATURAŢIE

Aplicaţii

VCC+ VBC

0V

C

E

B

VCE ≈ 0 ON

IC ≈ 0

OFF

BLOCARE

COMUTATOR ON

COMUTATOR OFF


Fig. 5.5

DCE 1

Capitolul V


5.1 Introducere











DCE 1

Circuitul echivalent al tranzistorului npn în regim staţionar

Fig. 5.6a


R

ECI

F

CCI

IE

IC

B

E

C

ICC - IEC

VBE

VBC

+

-

-

IB

DCE 1

Circuitul echivalent al tranzistorului pnp în regim staţionar

Fig. 5.6b


IEC – ICC

F

CCI

R

ECI

VEB

VCB

IE

IC

B

E

C

-

+

+

IB

DCE 1

Circuit echivalent pentru npn în RAN

Fig. 5.6c


IB

VBE

FCE

11II

B

E

C

+ +

-

IC

BFth

BESCC I

V

VexpII

DCE 1

Fig. 5.6d

Circuit echivalent pentru npn în RAN - liniarizat


IB

VBE

EI

B

E

C

+ +

-

IC

BF I+

-

VCE

mA10Aμ10IC BEV = 0,65V V1,0

DE

• 6. Circuitul echivalent de semnal mic, frecvente joase (simplificat)

vgvgi mbemc

rr

vvi beb

Fig 5.6e

(5.13e)

ib

vπ = vbe

ei

B

E

C

+ +

-

ic

bFm ivg

vce

rπ


r

vvgi be

beme

DE

c) Capacitatea de barieră a JE (Cj,E)

QBE

E,JE,j dv

dqC

BEE,dAE,D

AE,DJE,J vx

NN

NNqAq

(5.18c)

21

BEE,0BE,DA

sE,d v

N

1

N

1

q

2x

Pentru o joncţiune abruptă


DE

E,d

J

QBE

E,JE,j x

A

dv

dqC

E,jm

E,0B

BE

E,jE,j

V1

0CC

(5.19b)

(5.19d)

oarecareJE2

1...

3

1m E,j o pt.

2

1

E,0B

BE

E,jE,j

V1

0CC

(5.19c)


DE

E,jE,JE,J qQq

beE,jE,j vCq (5.18d)

C,jm

C,0B

BC

C,jC,j

V1

0CC

oarecareJC2

1...

3

1m C,j

(5.19e)

bcC,jC,j vCq (5.18e)

d) Capacitatea de barieră a JC (Cj,C)


DE

dt

dq

dt

dq

dt

dqii

dt

dqii

dt

dq

dt

dq11ii

C,JE,JE,D

F

CCB

C,JCCC

E,JE,D

FCCE

3. Ecuaţii curent-tensiune

(5.13f)


DE

E

B

C

Fig. 5.6f

+ +- -

vBE vCB

iE iC

iB

RSS JE RSS JC

(n)(p)

xdCxdE

iCC= -AJ Jn

dt

dq C,J

Componentele curenţilor în RAN


dt

dq ED,

F

CCi

dt

dq E,J

DE

dt

dvC

dt

dvCCv

gi

dt

dvCvgi

dt

dvCCv

11gi

bcC,j

beE,jE,dbe

F

mb

bcC,jbemc

beE,jE,dbe

Fme

(5.18c),(5.18d),(5.18e),(5.13f)

(5.13h)


DE

4. Circuitul echivalent natural de semnal mic şi frecvenţe înalte (simplificat)

Fig 5.6g

E,jE,d CCC C,jCC

E -

ib

vπ

ei

B C

+ +

ic

vgm

vce

rπ Cπ

Cµ


DE

5.6.5 Tranzistorul ca amplificator

vbe = dVBE

vBE = VBE +

vbe

iC = IC + ic

iB = IB + ib

vCE = VCE

+ vce

th

BESCCC V

VIII exp

F

CB

II

VCE = VCC - RCIC

VCB = VCE - VBE > 0

(RAN)

iB

iC

iE

+VCC

Q

~+

-vbe

+

-VBE

vBE

RC

+

-

vCE


DE

Tranzistorul ca amplificator

beCmcCce vRgiRv

ib

ic

~+

-vbe

RC

+

-

vi

+

-

vce

+

-

vo

bemc vgi

beF

bem

F

cb vg

vgii


DE

Cmbe

ce

i

ov Rg

v

v

v

vA

Fb

ci i

iA

FCmivp RgAAA

Tranzistorul ca amplificator

~+

-vbe

+

-

vi

ei

icibB

E

C

bo

bem

i

vg

(vce)

rπ

RC

+

-

vo

(vbe)


DE

tVv bebe sin

Exemplu numeric

VCC = 10V

VBE = 0,65 V

RC = 2kΩ

IS =1,02*10-14A100F

Vbe = 1,25 mV

mAIC 2025,0

65,0exp

VCE = 10 – 2*2 = 6V

mAIB 02,0100

2

mAIII BCE 02,202,02

18080240 kV

mAgm

k

kr 25,1

80

1001

mAIc 1,01025,180 3

AAIe 1001011100

VVce 2,01,02

16025,1

200vA

100iA

16000100160 ivp AAA

AA

Ib 1

100

100

Date

PSFAmplitudinile semnalelor/amplificările


DE

1

V

vexpw

2N

nqA

th

BEB

A

2i

J 2

wn0nqAq B

p0pJBF

n

2B

BFFCCBFBFD,E D2

wiqq τττ

,i1V

vexp

wN

DnqA

2D

wCCBF

th

BE

BA

n2i

Jn

2B τ

Expresia capacitatii de difuzie, Cd,E

mF

QBE

CC

CC

E,D

QBE

D,Ed,E g

dv

di

di

dq

dv

dqC


DE

)v(xNqAq BEe,dAJE.J 2

1

beBEE,0BAsJ )]vV(Nq2[A

])V(2

v1[)]V(Nq2[Aq

BEE,0B

be2

1

BEE,0BAsJE.J

),V(v BEE,0bbe 2

x1x1

AE,D NN (5.2b)

Expresia capacitatii de bariera ,Cj,E


DCE 1

Capitolul V


5.1 Introducere











DCE 119.04.23

wB

E

B

C

RSS JE RSS JC

Fig. 5.7a

+-

VBE

+-

VCB

IE IC

IB

ΔwB

5.7 Fenomene fizice de ordinul al II-lea

Modificarea lăţimii zonei neutre a bazei (wB) prin variaţia polarizării JC.

5.7.1. Modularea grosimii bazei (efectul Early)

VCB wBwB

DCE 119.04.23

Fig.5.7b

F

FM

lg IC

I IIIII

VBC ≤ 0


DCE 119.04.23

Fig. 5.7cth

BE

V

V

B

C

I

I

ln

ln

I II III

FM

SI

ln

SIln

SIC2ln

KFS IIln

CIln

BIln

0VBC

panta 1/2

panta 1


KFIln

DCE 119.04.23

• - caracteristica de intrare : dependenta curentului de intrare de tensiunea de intrare in conexiunea EC

VI BEB

• - caracteristica de transfer : dependenta curentului de iesire de tensiunea de intrare in conexiunea EC

Zona I

V

V2

1IlnIln

th

BES2B C

IB , IC mici

VI BEC

lnIB cu V

V

th

BE cu panta 1/2


DCE 119.04.23

Zona II

V

VIII

th

BESCCC exp

V

VβI

βI

Ith

BE

FM

S

FM

CCB exp

V

VIIth

BESC lnln

th

BE

FM

SB V

VII

lnln

IB , IC medii

immaxFMF

ln IC / ln IB cu V

V

th

BE cu panta 1


DCE 119.04.23

th

BEKFSC V

VIII

2lnln

ln IC cu V

V

th

BEcu panta 1/2

Zona III KFC II IB , IC mari


DCE 119.04.23

Fig. 5.7d

BCF IlnIlnln

th

BE

V

V

B

C

I

I

ln

ln

I II III

FM

SI

ln

SIln

SIC2ln

KFS IIln

CIln

BIln

0VBC

FMln

panta 1/2

panta 1


KFIln

DCE 119.04.23

E

B’

C

RSS JC

RSS JE

VB’E

Fig.5.7e

5.7.3.Rezistenţa distribuită a bazei


B’ +-

+-

VCB’

n+

n

p

SiO2

B

DCE 119.04.23

VRIVV BEbBBEE'B

VRIVV BCbBBCC'B

Fig 5.7f

E

B

C

E

C

B

RbB’

VBE

VB’E

VB’C

VBC

-

+

-

IB


+

DCE 119.04.23

Capitolul V


5.1 Introducere











DCE 119.04.23

EM3 –π– npn – RAN

Fig. 5.8a

Circuitul echivalent natural de regim staţionar în RAN


IB

VBEFM

CCI

B

E

C

+

-

A

CECC

V

VI1

CCS IIC2

B’ Rb IC

DCE 119.04.23

Fig. 5.8b


ibB C

+

- b0

m

i

vg

B’ rb ic

Circuitul echivalent natural de semnal mic, frecvenţe joase

orr cev

EE

+

-

vvbe

DCE 119.04.23

Fig. 5.8c


ibB C

+

-

vgm

B’ rb ic

Circuitul echivalent natural de semnal mic, frecvenţe înalte (Giacoletto)

orr cev

EE

+

-

vvbe

C

C

E,jE,d CCC

C,jCC

DCE 119.04.23

Tensiunea de intrare şi curentul de ieşire în funcţie de celelalte două mărimiParametrii hibrizi


Ii Io

Vi Vo

o

i

of

ri

o

i

V

I

hh

hh

I

V

ooifo

oriii

VhIhI

VhIhV

0Vi

ii

oI

Vh

0Io

ir

iV

Vh

0Vi

of

oI

Ih

0Io

oo

iV

Ih

5.8.6 Circuite echivalente cu parametrii măsurabili

Fig. 5.8d

DCE 119.04.23

cerebiebe vhihv

ceoebfec vhihi

Parametrii hibrizi pentru tranzistor in EC

Fig. 5.8e

ic

ib

C

ECE E

+

vbe

─

+

vce

─

QB

E


DCE 119.04.23

Fig. 5.8f


ibB’ = B C

+

-

bfeih

ic

Circuitul echivalent cu parametrii hibrizi

1oeh

ieh

E

+

-

cerevh

Parametrii “h” – parametrii măsurabili Q(2mA, 5V) şi f = 10 kHz

0vb

beie

cei

vh

0ice

bere

bv

vh

0vb

cfe

cei

ih

0ice

coe

bv

ih

DCE 119.04.23

Parametrii “y” (admitanţe)


Ii Io

Vi Vo

o

i

of

ri

o

i

V

V

yy

yy

I

I

ooifo

oriii

VyVyI

VyVyI

Curenţii de intrare/ieşire funcţie de tensiunile de intrare/ieşire.

0Vi

ii

oV

Iy

0Vo

ir

iV

Iy

0Vi

of

oV

Iy

0Vo

oo

iV

Iy

Fig. 5.8g

DCE 119.04.23

Fig. 5.8h


ibB’ = B C

+

-

befevy

ic

1oey

E-

1iey

cerevy

Circuitul echivalent cu parametrii “y”

cerebeieb vyvyi ceoebefec vyvyi

Parametrii “y”Curenţii de intrare/ieşire funcţie de tensiunile de

intrare/ieşire.

+

vbe vce

DCE 119.04.23

Parametrii y – parametrii măsurabili Q(2mA,5V) şi f=10MHz

0vbe

bie

cev

iy

0vce

bre

bev

iy

0vbe

cfe

cev

iy

0vce

coe

bev

iy

Parametrii y – admitanţe de forma:

)tensiune(dtd

Cgy ieieie dt

dCgy rerere

dt

dCgy fefefe dt

dCgy oeoeoe

dt

dvCvg

dt

dvCvgi ce

recerebe

iebeieb


DCE 119.04.23

Capitolul V


5.1 Introducere











DCE 119.04.23

E


5.9.1 Frecvenţa limită în conexiunea EC ( fβ )

tsinIi bb

f2

- valoare instantanee Ib - fazor

Ib - constant; f - variabil

cc Ii bebe Vv

Fig. 5.9a

Ic

Ib

C

ECE E

+Vbe

─

+

Vce

─

QB

Ib

C

DCE 119.04.23

CIc

ro

Ib

+

Vbe = Vπ

─

B

Ib

+

─

EE

rb

B’

E

0vb

c

ceI

I

Câştigul dinamic în curent – conexiunea EC

Teorema Kirchoff I în B şi C

VCjVCjVgI b

VgVCjVgI mmc

Fig. 5.9b


Vgm

Cπrπ

Cµ

DCE 119.04.23

Fig. 5.9c

Dependenţa lui fT de IC

m

C,jE,j1

Fm

C,jE,jE,d

mT g

CC1

g

CCC

g

CC1

E,jE,d CCC C,jCC FmE,d gC

F2

1

fT

IC


DCE 119.04.23

Capitolul V


5.1 Introducere











DCE 119.04.23

IC (mA)

VCB (V)VBR(CB0)

IB=0

20 40 60 80

8 mA

6 mA

4 mA

2 mA

8

6

4

2

ICB0

5.10.1 Tensiunea V(BR)CB0

Tensiunea limita între B şi C cu E în gol - tensiunea de strapungere a JC

Caracteristica statică de ieşire – conexiunea BC - RAN

Fig. 5.10a


DCE 119.04.23

Conductanţa de ieşire

Determinarea tensiunii Early

A

CEBECCEC V

V1)V(I)V(I IC = 0 VCE = -VA

A

C0 V

Ig

IC (mA)

VCE (V)

20 40 60 80

saturaţie

8 µA

6 µ A

4 µ A

2 µ A

-VA

Fig. 5.10b


DCE 119.04.23

Fig. 5.10c

5.10.3 Tensiunea V(BR)EB0

Tensiunea limită între B şi E cu C în gol - tensiunea de străpungere a JE

Caracteristica statică de ieşire – conexiunea BC - RAI

EI0EB)BR(EB VV abrupt

2 4 8 106

2

4

8

10

6

IE (mA)

VEB (V)IEB0 VBR(EB0)

IB=0


DCE 119.04.23

Capitolul V


5.1 Introducere











DCE 119.04.23


5.11.5 Domeniul pentru PSF în RAN

Fig. 5.11

Amplificare tranzistorul se polarizează în RAN

IC

ICmax

SAT

UR

AT

IE

VCE

V(BE)CE0VCE = VBE BLOCARE

Pdmax

DCE 119.04.23

Domeniul pentru PSF în RAN este bordat (limitat) de:

• intrarea tranzistorului în saturaţie BECE VV

• intrarea tranzistorului în blocare 0CI

• tensiunea limită 0CEBRCE VV

• curentul limită maxCC II

• puterea disipată maximă maxdd PP


Date post:	24-Dec-2015
Category:	Documents
Upload:	furculescu-andreea
View:	214 times
Download:	0 times

cap5_Bipolarul.Studenti

Documents