slide1 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Podstawy teorii przewodnictwa Diody Transystory (bipolarne, unipolarne) PowerPoint Presentation
Download Presentation
Podstawy teorii przewodnictwa Diody Transystory (bipolarne, unipolarne)

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 53

Podstawy teorii przewodnictwa Diody Transystory (bipolarne, unipolarne) - PowerPoint PPT Presentation


  • 158 Views
  • Uploaded on

Podstawy teorii przewodnictwa Diody Transystory (bipolarne, unipolarne) Małosygnałowe wzmacniacze tranzystorowe (układ ze wspólnym kolektorem, emiterem). Podstawy teorii przewodnictwa. Pasmo przewodnictwa. Obszar zabroniony. Pasmo podstawowe (walencyjne).

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

Podstawy teorii przewodnictwa Diody Transystory (bipolarne, unipolarne)


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
    Presentation Transcript
    1. Podstawy teorii przewodnictwa • Diody • Transystory (bipolarne, unipolarne) • Małosygnałowe wzmacniacze tranzystorowe (układ ze wspólnym kolektorem, emiterem)

    2. Podstawy teorii przewodnictwa Pasmo przewodnictwa Obszar zabroniony Pasmo podstawowe (walencyjne) • elektrony mogą przebywać tylko w określonych pasmach: (a) podstawowe- są związane z atomem w sieci krystalicznej • (b) przewodnictwa-mogą się poruszać „swobodnie” wewnątrz całego kryształu • Pasmo wzbronione- lub przerwa energetyczna E

    3. Rodzaje przewodnictwa • Izolatory : przerwa E 5 eV (eV = energia 1 elektronu przyspieszonego napieciem 1 V) – duża oporność właściwa • Samoistne półprzewodniki : Si (krzem) lub Ge (german) E 1.2 eV (Si) , E  0.7 eV (Ge) • Przewodnictwo : brak przerwy energetycznej- elektrony swobodne przemieszczają się wewnątrz kryształu • kT=26 mV dla T=300 K, zależy od temperatury (rośnie)! • -ruchliwość elektronów (dziur) • e=0.38 , dziury=0.18 [m2/(Vs)] N-ilość nośników

    4. _ + Złącze p-n • Krzem typu n - domieszkowany (donorami) atomami V grupy (fosfor)-5 elektronów walencyjnych. 4 wiązania kowalencyjne Si użyte jeden elektron (donor) „wolny”. • Krzem typu p - domieszkowany (akceptorami) atomami III grupy (Gal)-3 elektronów walencyjnych. 3 wiązania kowalencyjne Si użyte jeden elektron- jedno wiązanie wolne „dziura”- tak jakby był to ładunek dodatni

    5. ++++++ - - - - - - - - - n p n p Q X V X Złącze p-n • Dyfuzja ładunków większościowych • Rekombinacja • D-grubość warstwy zaporowej • V0=0.7 V potencjał diody • Vd-potencjał zasilania • N/V- koncentracja nośników

    6. Złącze p-n uwagi • Jeżeli domieszkowanie typu p i n jest różne warstwa zaporowa jest niesymetryczna (NdNa) • Elektrony przechodząc do z warstwy n do p natrafiają na dziury i ulegają „rekombinacji” – wydziela się energia . Może być w postaci promieniowania świetlnego- dioda świecąca (LED) • Dioda spolaryzowana zaporowo (+ na materiale n oraz - na materiale p) może być źródłem prądu kiedy pada na nią światło- dioda foto-czuła. • Grubość warstwy zaporowej zależy od potencjału oraz gęstości domieszkowania (N/V)

    7. Dioda spol. zaporowo Dioda spolaryzowana w kierunku przewodzenia Praca z diodą n-p

    8. Zródło ac Punkty pracy Linia pracy Charakterystyka diody n-p • Charakterystyka jest nieliniowa ! • kT/q=T/11.6[mV]= 26mV dla T=300K • I0 prąd zerowy

    9. Parametry diod • Maksymalny średni prąd przewodzenia I0 (prąd znamionowy) • Szczytowe wsteczne napięcie pracy UR oraz prąd wsteczny IR • Napięcie przewodzenia UF ( dla diod krzemowych około 0.6 V) • Czas właczania (w ns) • Ogólny podział diod: • Uniwersalne UR =(10-60 )V , I0=(10-80) mA • Prostownicze f=(50-1000) Hz • Stabilizacyjne (Zenera) UR=(5-7) V , IR=0.1IRMAX • Specjalne :tunelowe, Shottkego (metal-półprzewodnik), foto-czułe

    10. 220 50 Hz 220 50 Hz Dioda jako prostownik prądu Prostownik Jedno-połówkowy Prostownik dwu-połówkowy

    11. Dioda Zenera • Stabilizator prądu- reguluje stały prąd na obciążeniu przy zmianach napięcia źródła • Dioda Zenera pracuje przy napięciu zaporowym jako rezystor bocznikujący o zmiennym oporze !

    12. Zasilacze Transformator prostownik Filtr Stabilizator Odb 220 V

    13. Prostownik mostkowy Vr Vp

    14. Elektron dziura Dioda jako element foto-czuły • Polaryzacja w kierunku • zaporowym –obwód • zamknięty- przepływ • prądu o I od zależnym • od natężenia światła • Obwód otwarty- napięcie • zależne od natężenia • światła-foto-ogniwo

    15. Dioda jako element świecący LED • Rekombinacja elektron-dziura w materiale powoduje emisję światła: • GaAs-czerwne • =(630-720)nm • GaP(N)-zielone • =(490-550)nm • GaP(Zn)-pomarańczowy

    16. IC=IE+IB ICIE ICIB 1 Tran(sfer)(re)zystor bipolarny npn • 3 warstwy • npn (lub pnp) E-emiter B-Baza C-kolektor • Obszar bazy bardzo cienki • Złącze E-B spol. w kierunku przewodzenia • Złącze B-C zaporowo

    17. Rodzaje tranzystorów bipolarnych Tranzystor stopowy Tranzystor planarny Wykonanie metodą kolejnych dyfuzji oraz masek

    18. Tranzystor bipolarny npn - • Zakres aktywnej pracy tranzystora. Pracuje jak wzmacniacz IC=IB + C E UEB<0 UCB>0 + - B - - • Zakres nasycenia • Pracuje jak układ impulsowy: • UCB<0: nasycenie (przewodzenie) • zatkanie (brak przewodzenia): UEB>0 UCB>0 C E UEB<0 UCB<0 + + B

    19. Wspólna Baza Wspólny Emiter Wspólny Kolektor Konfiguracje pracy tranzystora IC IE IC IE IB IB IE IE=IC+IB=IB+IB= (+1)IB IB

    20. Charakterystyki pracy tranzystora(npn) [mA] Obszar Nasycenia UCB<0 IC Obszar aktywny UCB>0 [mA] 4 2 [mA] [A] Obszar przebicia 0.6 [V] Obszar odcięcia 1,2 [V] • Obszar nasycenia: złącze CB spolaryzowane w kierunku przewodzenia UCB<0.6, EB w kierunku przewodzenia UEB<0.6 • Obszar aktywny: złącze CB spolaryzowane w kierunku zaporowym, EB w kierunku przewodzenia • Obszar zatkania: złącze CB oraz EB spolaryzowane zaporowo

    21. Obszar nasycenia Obszar aktwny Obszar przebicia Linia pracy tranzystora Układ wyjscia • Układ ze wspólnym emiterem (WE) Układ wejścia VCC=+10 V VBB=+0 lub 5 V RL=1 k, • Układ jest w stanie aktywnym gdy UBE>0.6 V

    22. Układ zastępczy tranzystora dla r C C C aacIe  bacIb aacIe bacIb rc’ rb’ B B B re’ Ib Ib re’ re25 mV/IE Ie E E E Ogólny układ zastępczy dla paramterów r Uproszczonyukład zastępczy dla Parametrów r

    23. Różnice pomiędzybacibDC IC IC ICQ Q DIC { Q IB IB { 0 IBQ 0 DIB bDC = ICQ/IBQ bac = DIC/DIB WielkościbDCibacsą na ogół różne i zależą od punktu Pracy tranzystora (Q).

    24. Konfiguracje wzmacniaczy: • Wspólny Emiter (WE) : emiter jest podłączonydo ziemi (V=0),Wejściejestpodane na bazę, Wyjściejest na kolektorze • Wspólny Kolektor (WK): kolektor jestuziemiony, Wejściejest podane na bazę, Wyjście jest naemiterze • Wspólna-Baza (WB):baza jest uziemiona, Wejście jest na emiterze, Wyjście na kolektorze

    25. Wzmaczniacze mało-sygnałowe • Punkt pracy(Q) tranzystora ustawiony przez zasilanie dc • Wzmaciacze małosygnałowe pracują w pobliżu punktu pracy • Konwencje używane dla wartości prądu stałego (DC) i zmiennego (AC): • Wartości dc np.:. IE , RE • Wartości ac, Ie (wartość rms) , re (wewnętrzne r tranzystora) • Wartości chwilowe np: ie

    26. Podstawowy wzmacniacz mało-sygnałowy ze Wspólnym Emiterem +VCC Ic ICQ Vb RC R1 VBQ C2 Ib Rs C1 IBQ VCEQ Vs RL RE R2 Vce C1i C2 blokują napięcie dc ale przepuszaczająsygnał ac .

    27. Wzmacniacz WE • Kondensatory C1i C2zapobiegająiż Rsi RLzmieniają wartość zasilania • Vspowodujeże Vbi Ibzmieniają się trochę copowodujeduże zmiany w Icz powodub • Jeżeli Iczwiększa się, Vceobniża się i vice versa • A więc, Vc (wyjście na RL) jest 180oprzesunięte w faziewzględem Vb

    28. Reprezentacja graficzna IBQ IC Ib IB5 Ic IB4 Q IB3 ICQ IB2 IB1 VCEQ VCE Vce

    29. Analiza DC wzmacniacza WE +VCC RC jezelibDCRE = RIN(baza) >> R2, wtedy R1 VC VB VE VE = VB - VBE ; R2 RE VC = VCC - ICRC

    30. Analiza AC wzmacniacza WE Rezystancje wejściowe i wyjściowe: RC Rin(tot) = R1//R2//Rin(baza) gdzieRin(baza) = bacre’ ac ziemia C Vout Rout RC(wyłączając RL) obciążenia bacIb B Wzmocnienie wzmacniacza: Vin re’ R1 R2 E Jeżeli włączamy RL: Rout = RC//RL, oraz C1, C2 zastępujemy przez zwarcie XC 0

    31. Stabilzacja wzmocnienia +VCC Bocznikując REzwiększamy wzmocnienieale układ jest niestabilny ponieważ re’ zależy od IEi temperatury RC C3 R1 C1 Wybierając RE1>10 re’, minimalizujemy wpływ re’ bez znacznej redukcji wzmocnienia R2 RE1 Av -Rc/RE1 C2 RE2 Rin(base) = bac(re’+RE1)

    32. Wzmocnienie całkowite wzmacniacza WE Wzmocnienie całkowite z pominięciem kond. bocznikującego: C2 Rs Vout Vb Vs R1//R2 Rc = RC//RL Przybliżona zasada Doboru wielkości C2: XC2< RE/10

    33. Wzmocnienie prądowe (Ai) i wzmocnienie mocy (Ap) Ic Rs Ib Is Vs R1//R2 Rc Stosunek prądu bazy do kolektora jestbac Ale wzmocnienie prądoweAi = Ic/Isgdzie Wzmocnienie całkowite: Ap = Av’Ai

    34. Wzmacniacz ze wspólnym emiterem (WE) +VCC C1 : wejściowy kond. sprzęgający C3 : wyjściowy kond. sprzęgający RC R1 Vout C1 Vin C3 RL R2 RE C2 C2 : dla filtru emitera

    35. Wzmacniacz ze wspólnym kolektorem (WK) analiza DC : +VCC R1 VE = VB - VBE C1 IE = VE / RE Vin C2 VC=VCC Vout Wzmacniacz WK jest też Znany jako wtórnik- emiterowyponieważ Vout śledzi Vinw fazie i napięciu. R2 RE RL

    36. Analiza AC wzmacniacza WK aacIe Iin Vin Jeżeli Re >> re’, to, Av 1, orazRin(baza)bacRe re’ R1//R2 Vout Rin(tot) = R1//R2//Rin(baza) Rout (Rs/bac)//Re (bardzo mała) Ie Re= RE//RL Ai = Ie/Iin bac(jeżeli R1//R2>> bacRe) Vin = Ie(re’ + Re) Vout = IeRe Ap = AvAi Ai

    37. Porównaniewzmacniaczy WE, WK, WB

    38. Układ Darlingtona +VCC • Ie2bac2Ie1bac1bac2Ie1 • Więc,bac(całk) = bac1bac2 • zakładającre’ << RE, Rin =bac1bac2RE u.Darlingtona mab. Duże wzmocnienie prądowe,b.duże Rin, i b. małe Rout - bufor (buffer) Ib1 bac1 bac2 Ie1 Ie2 RE

    39. Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniaczy • Do tej pory zakładaliśmy że impedancja, XCkondensatorów sprzężeńi filtrówbyła=0 W. • Także pojemności złącz tranzystorów były zaniedbane. • Te pojemności jednakwpływająna wzmocnienie i przesunięcia fazowe w obszarze częstości sygnałów wejściowych.

    40. Ogólna funkcja transmisji Av (dB) 3 dB • Av (dB) = 20 log Av • Częstotliwość odcięciakrytyczne,jestczęstością dla Avspadającego o3 dB. To odpowiada 0.707Av(max)lub0.5Ap(max)mocy. 0 Obszar pasma f fcn fcw fcn = obcięcie w niskiej częst. fcw = obcięcie w wysokiej częst Wzmocnienie jest maks w obszarzepasma (0 dB).

    41. Obwód RC na wejściu przy niskiej częstości Rin = R1//R2//Rin(base) C1 Baza tranzystora Vin Częstość krytyczna: Rin VR(in)wyprzedza Vin o: uwaga: w fc, XC1 = Rin, q = 45o. q 90o Jeżeliuwzględnimy Rsźródła: 45o 0o f fc

    42. Obwódwyjściowy RCprzy niskiej częstości dla WE +VCC Częstość krytycznaobwodu RC : C3 RC Przesunięcie fazowe: RL Wpływobwodu wyjściowego RC na Av jest podobny do wejściowego RC . Av (dB) 0.1fc fc 0 f obniżenie Avdla każdego obwodu RC jest20 dB/decade Dla fc -3 -20

    43. Obwód RC emitera w niskiej częstości W niskiej częstości, impedancja emitera Ze = RE//XC2, a więc Av : +VCC RC Częstość krytyczna: RE C2 gdzieRth = R1//R2//Rsjest theveninowską Rezystancją patrząc od bazy w kierunku źródła

    44. Całkowita funkcja transmisji • fc1, fc2, i fc3sączęstościami krytycznymidla RC emitera,wyjścia, wejścia RC (w zależności od wielkości kolejności). • Układ RC z fc3jest zwany układem dominującym. fc1 fc2 fc3 f 0 -20 -20 dB/dec -40 -40 dB/dec -60 -80 -60 dB/dec -100 -120 Wykres Bodego dla niskiej częstości

    45. Wysokie częstości Cbc • dla dużych f, Cbepowodujeobniżenienapięciana dzielniku napięcia z RS. • Dla dużych, Cbcpowodujeujemne sprzężenienapięciowe i obniża napięcie wejściowe. • Avobniża się. Rs Cbe Vs Rc Cbci Cbesą wewnętrznymi pojemnościami złączowymi które wynoszą parę pF.

    46. Całkowita funkcja transmisji Av (dB) Av(mid) Pasmo przenoszenia = fcu - fcl 0 f fc1 fc2 fc3 fc4 fc5 fc3i fc4są dwoma dominującymi częstościamikrytycznymi Avjes 3 dB b. fc3jest dolnym obcięciem,fcl, i fc4jestgórnym obcięciem, fcu

    47. Pomiar zależności wzmocnienia od częstości Vin Vout Generator funkcyjny oscyloskop Av Test Procedura: • ustawićczęstośćw średnimobszarze (~kHz)i Voutna około1-2 V. Obniżaćczęstość aż do Vout = 0.707V abyotrzymać fcl. Zwiększać częstośćdo Vout = 0.707V abyotrzymać fcu. Szerokośc pasma wzmacniacza BW = fcu - fcl. Vinpowinno być stałe !

    48. Pomiar częstości krytycznych Wejscie • Używając poprzedniego zestawuzmierzyć czas narastania (tr) iczasopadania (tf) sygnału schodkowego. • fcu = 0.35/tr • fcl = 0.35/tf 90% Wyjście 10% tr Wejście 90% Wyjście 10% tf

    49. Połączenia kaskadowe wzmacniaczy Av1 Av2 Av3 Avn Vout Vin n wzmacniaczyw kaskadzie • Całkowite wzmocnienie, AvT = Av1Av2Av3 . . . Avn = Vout/Vin • Całkowite wzmocnienie w dB, AvT(dB) = Av1(dB)+Av2(dB) + . . .+Avn(dB)gdzie, Av(dB) = 20 log Av • Połączenia kaskadowe stosujemy w celu zwiększenia wzmocnienia

    50. Parametry hybrydowe (h) • parametryh są podawane w danych technicznych tranzystorów: • hi: wejściowa oporność; wyjście zwarte hr : stosunek napięć (WE/WY),wejśćie otwarte • hf : wzmocnienie prądowe; wyjście zwarte • ho : konduktancja wyjściowa;wejście otwarte • Każdy parametr ma 2 wskaźniki opisującekonfigurację np:, hfe, hfc, hfb