docnull
download 
Report Transcription
null
הרצאה – 7טרנזיסטור ביפולרי BJT תוכן עניינים: .1טרנזיסטור ביפולרי :BJT -מבנה ,זרם ,תחומי הפעולה. .2מודל) EBERS- MOLL :אברס-מול(. .3תחומי הפעולה של הטרנזיסטור. .1טרנזיסטור ביפולרי .BJT - • מבנה: NPN PNP C C N P N B P N P E E C B C B B E E • זרם הטרנזיסטור הביפולרי: NPN C PNP IC E IB IE B E IE הרצאות לפי ד"ר משה פורת מהדורה שלישית .עורכת :נועה רוטמן IB B IC C 2011 עמוד מס' 1מתוך 9 2011 הרצאה מס' 7 הרצאות לפי ד"ר משה פורת מהדורה שלישית .עורכת :נועה רוטמן בדר”כ הזרם זורם בטרנזיסטור בכל ההדקים ,שלא כמו ב – .MOSFET עיקר הזרם הוא בין ה C -ל.E- ע"י זרם הבסיס שולטים על הזרמים האחרים למשל:I c ≅ β ⋅ I B + ( β + 1) ⋅ I CB 0 ≈ β ⋅ I B כאשר. β ~ 10 2 : = I CB 0זרם זליגה בין Cלבין Bכאשר Eמנותק. ובהתאמה = I CE 0זרם זליגה בין Cלבין Eכאשר Bמנותק. כאן מתבטא ההבדל בין טרנזיסטור MOSלטרנזיסטור הביפולרי .בטרנזיסטור MOSתנודות קטנות במתח ה – Gיצרו ושינו את הזרם .בטרנזיסטור הביפולרי יש צורך בזרם דרך ה B -ע"מ ליצור זרם דרך הטרנזיסטור. המחשה: U U U U IC IB IE ב PNP -הזרימות הן הפוכות. מתקבל כי ב NPN -ו ,PNP -הזרם באמיטר הוא הגדול ביותר מבין השלושה, ומתקיים. I E = I C + I B : .2מודלEBERS- MOLL : במודל זה )בלבד( נניח כי זרמים נכנסים נחשבים חיוביים. U αF IF U αR IR C E IF IR B . I F = − I Eע"מ לא להכניס מינוס ,הופכים את מקור הזרם. הטרנזיסטור הוא לא רק שתי דיודות המחוברות גב אל גב ,אלא מקיים גםתלות בין הדיודות .תלות זו מתבטאת ע"י המקורות התלויים. עמוד מס' 2מתוך 9 הרצאות לפי ד"ר משה פורת מהדורה שלישית .עורכת :נועה רוטמן -מתקיים: 1 > α F ,α R > 0 2011 הרצאה מס' 7 ) סדר גודל של .( α R ~ 0.3 , α F ~ 0.99 .3תחומי הפעולה של הטרנזיסטור: מצב הולכה ממתחי הדיודות NPN קטעון BC , BEבממתח אחורי. פעיל קדמי BEבממתח קדמי. BCבממתח אחורי. רוויה BC , BEבממתח קדמי. פעיל אחורי BEבממתח אחורי. BCבממתח קדמי. לכאורה הטרנזיסטור סימטרי וניתן להפוך תפקידים ,אך משמעות הדבר הינה גם להפוך את תפקידי − α Fו . α Rמכיוון שראינו כי , α R < α Fנובע מכך שההתנהגות שונה .בנוסף ,לקולקטור מבנה גדול יותר לפיזור חום בהשוואה לאמיטר. • פעיל קדמי: BEבממתח קדמי ולכן:I qVBE KT =I I ES ⋅ e E • V נקרב את ההתנגדות על פי משיק לעקום )זהו ערך נמוך להתנגדות לאות קטן(. BCבממתח אחורי ולכן:I • V כאן ההמשך הוא כמעט אופקי ,ולכן הערך של ההתנגדות לאות קטן גבוה מאוד. עמוד מס' 3מתוך 9 הרצאות לפי ד"ר משה פורת מהדורה שלישית .עורכת :נועה רוטמן U 2011 הרצאה מס' 7 מעגל תמורה T ע"י שינויים במודל אברס מול נקבל: E αF IE C iC rC re iB ie B −1 K ⋅T = q ⋅ IE ) םוחתב ליעפה( הרומת לגעמ גוסמT ∂I = E ∂VBE ∂V re = BE ∂I E ∆ VBC = const ∞= VBE = const ∂VBC ∂I C = rc הערות לגבי מעגל התמורה מסוג :T - השארנו את α F ⋅ I Fמכיוון ש I F -גדול )ממתח קדמי( והזנחנו את α R ⋅ I Rמכיוון ש I R -קטן מאוד )זרם זליגה(. נזכור כי I F = − I Eולכן . −α F ⋅ I E = α F ⋅ I Fע"מ לא להכניס מינוסים הפכנו את כיוון מקור הזרם. צומת BEקדימה ,לכן ניתן להחליפו בנגד קטן . re צומת BCאחורה ,לכן ניתן להחליפו בנגד גדול . rc • תחום פעיל קדמי U מתחי טרנזיסטור NPN מתחי טרנזיסטור PNP זרמים )בהזנחת זליגות( VBE = VBE ,ON VEB = VEB ,ON Ic ≈ βF ⋅ I B ≈ α F ⋅ I E VCE > VCE , sat VEC > VEC , sat I E ≈ (1 + β ) ⋅ I B עמוד מס' 4מתוך 9 2011 הרצאה מס' 7 הרצאות לפי ד"ר משה פורת מהדורה שלישית .עורכת :נועה רוטמן • תחום הקטעון: במצב זה שני הצמתים בממתח אחורי. U U מתחי טרנזיסטור NPN מתחי טרנזיסטור PNP זרמי הטרנזיסטור VBE < VBE ,ON VEB < VEB ,ON זרמי זליגה בלבד • תחום הרוויה: במצב זה שני הצמתים בממתח קדמי. U U מתחי טרנזיסטור NPN מתחי טרנזיסטור PNP זרמי הטרנזיסטור VBE = VBE ,ON VEB = VEB ,ON IC < β F ⋅ I B VCE = VCE , sat VEC = VEC , sat • תחום פעיל אחורי: במצב זה BEבממתח אחורי ו BC -בממתח קדמי. U U מתחי טרנזיסטור NPN מתחי טרנזיסטור PNP זרמים )בהזנחת זליגות( VBC = VBC ,ON VCB = VCB ,ON I E ≈ β R ⋅ I B ≈ α R ⋅ IC VCE < 0 VEC < 0 נזכיר: - β 1+ β =, α α 1−α = .β αלמעשה קובע כמה מהזרם זורם מה C -ל E -כאשר היתרה זורמת דרך ה- .Bככל ש α -גדול יותר ,עובר יותר זרם מה C -ל E-ומעט זרם יוצא ל.B - נקודת העבודה בטרנזיסטור ביפולרי הינה. (VCE , I C ) :• נבחן את חישובי ה DC-בתחומי העבודה השונים. עמוד מס' 5מתוך 9 2011 הרצאה מס' 7 הרצאות לפי ד"ר משה פורת מהדורה שלישית .עורכת :נועה רוטמן א( פעיל: נזכיר כי במצב זה ,צומת BEבממתח קדמי וצומת BCבממתח אחורי. במשוואות שמתקבלות: Ic ≈ α F I E כאשר כאמור α F < 1טיפוסי הוא ,0.99כך שלדוגמא: I C 0.99mA 0.01mA IB I E 1mA משוואות נוספות: IC ≈ β F I B αF 1−αF כאשר: ∆= β F I C ≈ 99 ⋅ I B בד"כ משמיטים Fבסימון BF ובהזנחת זרמי זליגה: I E = ( β + 1) I B β IB IC IB ( β + 1) ⋅ I B IE ההזנחות תקפות אם I C , I E , I B >> I CB 0 בתחום: צומת BEקדימה VD ≥ VBE > 0 ר ובע NPN הד ו יד ימ דק חתממב Si Ge 0.6 − 0.8V VD = 0.1 − 0.3V עמוד מס' 6מתוך 9 2011 הרצאה מס' 7 הרצאות לפי ד"ר משה פורת מהדורה שלישית .עורכת :נועה רוטמן במצב פעיל קדמי VBE = 0.7Vמהוה קירוב טוב. צומת BC VBC < 0 ומבוצע חישוב מבוסס על חוקי KVLו KCL -של שאר המעגל. ב .קטעון: נזכיר כי במצב זה שני הצמתים בממתח הפוך. VBE , VBC < 0 כל הזרמים בטרנזיסטור הם בסדר גודל של זליגה. יצויין שצומת BEאינו עמיד בד"כ לממתח הפוך רב. ג .רוויה: נזכיר כי במצב זה שני הצמתים בממתח קדמי. VD ≥ VBE , VBC > 0 IC היוו ר ל יעפ IB ן ועטק VCE ההגברה בטרנזיסור BJT עמוד מס' 7מתוך 9 2011 הרצאה מס' 7 הרצאות לפי ד"ר משה פורת מהדורה שלישית .עורכת :נועה רוטמן I C = βI B בדומה ל ,FET -גם כאן נעזרים בקו עבודה :המקום הגיאומטרי של ) ( I C , VCE האפשריים. IC C IB VCE B E IE כאן יש ליניאריות בקשר בין הזרמים כיון ש , I C = βI B -כפי שהצגנו קודם. עם זאות ,אין ליניאריות במתחים: IB VBE גם בטרנזיסטור יש היפוך מופע בין Bלבין .C יצויין שבדרך כלל בטרנזיסטור משתמשים בתחום הפעיל ליישומים לינאריים ואילו במצבי הרוויה והקטעון מעגלי מיתוג. ד .פעיל הפוך נזכיר כי במצב זה צומת BEאחורה ואילו צומת BCקדימה. לפיכך ,נוצר היפוך תפקידים בין Cלבין .E לכן ,במקום β Fמשתמשים ב: β R - αR 1−αR ומאחר ו- >> β R = βR , β Fאזי אין הגבר כתוצאה מ. β - לדוגמא ,אם α R = 0.5אזי . β R = 1 אם , I C = βI Bאזי הטרנזיסטור נמצא בתחום הפעיל. בהגדלה של I Bמעל גבול מסוים לא יוכל I Cלעקוב ולהמשיך להיות פי βגדול יותר והטרנזיסטור יכנס לרוויה: I C < βI B עמוד מס' 8מתוך 9 2011 הרצאה מס' 7 הרצאות לפי ד"ר משה פורת מהדורה שלישית .עורכת :נועה רוטמן הערה :נקודת ההחלפה בין רוויה לבין פעיל לפי הנ"ל איננה מתלכדת בדיוק עם היפוך . VBC בקטעון מנסים להזרים הפוך בסיס אמיטר ⇐ חסימה ל ,C -E -פרט לזרמי זליגה. ניתוח AC הערה בהעדר ) RCכמו בדוגמה( אין רוויה. קיים קושי לנתח באופן גרפי את פעולת הטרנזיסטור BJT לצורך ניתוח השפעת רכיבי המעגל על ביצועו ניתן להיעזר בניתוח ACע"י מעגלי תמורה לאות קטן. עמוד מס' 9מתוך 9
