הרצאה 7 טרנזיסטור ביפולרי BJT

Transcript

1 הרצאה 7 טרנזיסטור ביפולרי JT תוכן עניינים: 1. טרנזיסטור ביפולרי :JT מבנה, זרם, תחומי הפעולה..2 מודל: S MOLL (אברסמול). 3. תחומי הפעולה של הטרנזיסטור..1 טרנזיסטור ביפולרי.JT מבנה: PNP NPN P N N P P N PNP זרם הטרנזיסטור הביפולרי: NPN מתוך 9

2 כאשר: בדר כ הזרם זורם בטרנזיסטור בכל ההדקים, שלא כמו ב.MOST עיקר הזרם הוא בין ה ל. ע"י זרם הבסיס שולטים על הזרמים האחרים למשל: c β + ( β + 1) 0 β 2. β ~ 10 0 ובהתאמה זרם זליגה בין לבין כאשר מנותק. 0 זרם זליגה בין לבין כאשר מנותק. כאן מתבטא ההבדל בין טרנזיסטור MOS לטרנזיסטור הביפולרי. בטרנזיסטור Uבמתח ה G יצרו ושינו את הזרם. בטרנזיסטור הביפולרי יש U תנודות קטנות MOS Uבזרם דרך ה ע"מ ליצור זרם דרך הטרנזיסטור. צורך U המחשה: ב PNP הזרימות הן הפוכות. מתקבל כי ב NPN ו,PNP הזרם באמיטר הוא הגדול ביותר מבין השלושה, ומתקיים:. + UחיובייםU..2 מודל: S MOLL במודל זה (בלבד) נניח כי זרמים נכנסים נחשבים α α. ע"מ לא להכניס מינוס, הופכים את מקור הזרם. הטרנזיסטור הוא לא רק שתי דיודות המחוברות גב אל גב, אלא מקיים גם תלות בין הדיודות. תלות זו מתבטאת ע"י המקורות התלויים. 2 מתוך 9

3 .(α ~ 0.3, α ~ > α, α > 0 מתקיים: ) סדר גודל של 3. תחומי הפעולה של הטרנזיסטור: מצב הולכה קטעון פעיל קדמי רוויה פעיל אחורי ממתחי הדיודות NPN, בממתח אחורי. בממתח קדמי. בממתח אחורי., בממתח קדמי. בממתח אחורי. בממתח קדמי. לכאורה הטרנזיסטור סימטרי וניתן להפוך תפקידים, אך משמעות הדבר הינה גם, α נובע מכך שההתנהגות להפוך את תפקידי α וα. מכיוון שראינו כי < α שונה. בנוסף, לקולקטור מבנה גדול יותר לפיזור חום בהשוואה לאמיטר. פעיל קדמי: בממתח קדמי ולכן: e S q KT נקרב את ההתנגדות על פי משיק לעקום (זהו ערך נמוך להתנגדות לאות קטן). בממתח אחורי ולכן: כאן ההמשך הוא כמעט אופקי, ולכן הערך של ההתנגדות לאות קטן גבוה מאוד. 3 מתוך 9

4 מU 2011 עגל תמורה T ע"י שינויים במודל אברס מול נקבל: הרומת לגעמ גוסמT α i e r e i r i re rc const const 1 K T q (םוחתב ליעפה ( הערות לגבי מעגל התמורה מסוג T: גדול (ממתח קדמי) והזנחנו את α מכיוון ש השארנו את קטן מאוד (זרם זליגה). αמכיוון ש ולכן α α. ע"מ לא להכניס מינוסים הפכנו נזכור כי את כיוון מקור הזרם.. r e צומת קדימה, לכן ניתן להחליפו בנגד קטן צומת אחורה, לכן ניתן להחליפו בנגד גדול. r c תחום Uפעיל קדמי מתחי טרנזיסטור NPN מתחי טרנזיסטור PNP זרמים (בהזנחת זליגות) β α c ( 1 β ) +, ON >, sat, ON >, sat 4 מתוך 9

5 תחום UהקטעוןU : במצב זה שני הצמתים בממתח אחורי. מתחי טרנזיסטור NPN מתחי טרנזיסטור PNP זרמי הטרנזיסטור זרמי זליגה בלבד <, ON <, ON תחום UהרוויהU : במצב זה שני הצמתים בממתח קדמי. מתחי טרנזיסטור NPN מתחי טרנזיסטור PNP זרמי הטרנזיסטור < β, ON, sat, ON, sat תחום U פעיל אחוריU : במצב זה בממתח אחורי ו בממתח קדמי. מתחי טרנזיסטור NPN מתחי טרנזיסטור PNP זרמים (בהזנחת ( זליגות β α, ON, ON < 0 < 0 α β. β, α 1 α 1+ β α למעשה קובע כמה מהזרם זורם מה ל כ אשר היתרה זורמת דרך ה. זרם יוצא ל ומעט ל יותר, עובר יותר זרם מה αגדול ככל ש. נקודת העבודה בטרנזיסטור ביפולרי הינה:,. ( ) נזכיר: נבחן את חישובי ה D בתחומי העבודה השונים. 5 מתוך 9

6 א) פעיל: נזכיר כי במצב זה, צומת בממתח קדמי וצומת בממתח אחורי. במשוואות שמתקבלות: α c α טיפוסי הוא 0.99, כך שלדוגמא: כאשר כאמור < mA 0.99mA 1mA β α β 1 α 99 ( β +1) משוואות נוספות: כאשר: בד"כ משמיטים בסימון ובהזנחת זרמי זליגה: β ( β + ) 1 >>,, ההזנחות תקפות אם 0 בתחום: צומת קדימה D > 0 ר ו ב ע NPN ה ד ו י ד י מ ד ק ח ת D S G i e 6 מתוך 9

7 במצב פעיל קדמי 0.7 צומת מהוה קירוב טוב. < 0 ומבוצע חישוב מבוסס על חוקי KL ו KL של שאר המעגל. ב. קטעון: נזכיר כי במצב זה שני הצמתים בממתח הפוך., < 0 כל הזרמים בטרנזיסטור הם בסדר גודל של זליגה. יצויין שצומת אינו עמיד בד"כ לממתח הפוך רב. ג. רוויה: נזכיר כי במצב זה שני הצמתים בממתח קדמי. D, > 0 ה י ו ו ר ל י ע פ ן ו ע ט ק ההגברה בטרנזיסור JT 7 מתוך 9

8 (, ) β בדומה ל,T גם כאן נעזרים בקו עבודה: המקום הגיאומטרי של האפשריים. β כאן יש ליניאריות בקשר בין הזרמים כיון ש עם זאות, אין ליניאריות במתחים:, כפי שהצגנו קודם. ד. גם בטרנזיסטור יש היפוך מופע בין לבין. יצויין שבדרך כלל בטרנזיסטור משתמשים בתחום הפעיל ליישומים לינאריים ואילו במצבי הרוויה והקטעון מעגלי מיתוג. פעיל הפוך נזכיר כי במצב זה צומת אחורה ואילו צומת קדימה. לפיכך, נוצר היפוך תפקידים בין לבין. לכן, במקום ומאחר ו β משתמשים ב : β α β 1 α β >> β לדוגמא, אם אם 0.5, אזי אין הגבר כתוצאה מ. β α. β אזי 1 β, אזי הטרנזיסטור נמצא בתחום הפעיל. מעל גבול מסוים לא יוכל בהגדלה של יותר והטרנזיסטור יכנס לרוויה: < β לעקוב ולהמשיך להיות פי β גדול 8 מתוך 9

9 הערה: נקודת ההחלפה בין רוויה לבין פעיל לפי הנ"ל איננה מתלכדת בדיוק עם. היפוך בקטעון מנסים להזרים הפוך בסיס אמיטר חסימה ל, פרט לזרמי זליגה. ניתוח A הערה בהעדר (כמו בדוגמה) אין רוויה. קיים קושי לנתח באופן גרפי את פעולת הטרנזיסטור JT לצורך ניתוח השפעת רכיבי המעגל על ביצועו ניתן להיעזר בניתוח A ע"י מעגלי תמורה לאות קטן. 9 מתוך 9