Bipolarni tranzistor Modeli tranzistora, Erlijev efekat...

Bipolarni tranzistorModeli tranzistora, Erlijev efekat,

PNP tranzistor

Polarizacija i radna tačka

2

Polarizacija i radna tačka

3

• Polarizacijom bipolarnog tranzistora određujemo radnu tačku, tačku na prenosnoj karakteristici u kojoj mala promena napona na emitroskom spoju dovodi do velike promene struje kolektora.

• Radna tačka tranzistora određena je jednosmernim naponima polarizacije VBE, VCE i struje IC.

Polarizacija i radna tačka

4

Polarizacija i radna tačka

5

Transkonduktansa

6

dIgdV

Cm

BE

exp 1VI IV

BE

C ST

expI IVgV V V

S CBE

mT T T

Transkonduktansa

7

• Transkonduktansa zavisi od radne tačke tranzistora.• Pojačanje je proporcionalno transkonduktansi.• Transkonduktansa je proporcionalna struji kolektora, veća

transkonduktansa (samim tim i pojačanje) zahteva veću snagu generatora koji napaja kolo.

Jednostavni model bipolarnog tranzistora

8

Jednostavni model bipolarnog tranzistora

9

Jednostavni model bipolarnog tranzistora

10

Jednostavni model bipolarnog tranzistora

11

Jednostavni model bipolarnog tranzistora

12

Model bipolarnog tranzistora za velike signale

13

• Model je ispravan samo ako je tranzistor u aktivnoj oblasti (emitorski spoj direktno polarisan, kolektorski inverzno polarisan).

• Ovaj model se zove model bipolarnog tranzistora za velike signale.

• Signal Vul može biti proizvoljan• Model je nelinearan.

Primer

14

16S

C E ul 0 CE

10 A, =100, 100 , 800mV, 3V

II I R V V V

βΩ

Primer

15

0 BE E BE CV V I R V I R

Primer

16

CBE T

S

C0 T C

S

ln

ln

IV VI

IV V I RI

Model bipolarnog tranzistora za male signale

17

• Signal v(t) je superponiran jednosmernom naponu V0, promena napona VBE je mala (Vm<<V0):

BE 0 0 m sinωV V v t V V t

Model bipolarnog tranzistora za male signale

18

BE BEC S S

T T

0 0C S S

T T

0S

T

T

mC

T

mC C0

T

exp 1 exp

exp exp exp

sinωexp

exp sinω

exp

V VI I IV V

V v t v tVI I IV V V

V tI

V

V

I

IV V

IV

t

Model bipolarnog tranzistora za male signale

19

• Tejlorov (Taylor) razvoj eksponencijalne funkcije u okolini nule:

• Za male vrednosti argumenta x:

2 3 4

0

e 1 ...! 2! 3! 4!

ix

i

x x x xxi

1

e 1x

x

x

Model bipolarnog tranzistora za male signale

20

• Sinusna funkcija je manja ili jednaka jedinici, ukoliko je Vm<VT, imamo:

T

C0

CC

m

T

m

C0 C0C

0

C0 C0

C

m T

mT T

exp sinω

1 sinω

sinω

I

tI

I

I

I

V tV

V t

V

V VV

I IV t vV

I

I

Model bipolarnog tranzistora za male signale

21

• Količnik kolektorske struje i napona VT je transkonduktansatranzistora u radnoj tački M:

• Kolektorska struja je:

C0m

T

IgV

C

C0 C0m m mC sinωi t

II g V t g v tI

Model bipolarnog tranzistora za male signale

22

C

C0 C0m m mC sinωi t

II g V t g v tI

Superpozicija

Model bipolarnog tranzistora za male signale

23

C

C0 C0m m mC sinωi t

II g V t g v tI

Veliki signali (polarizacija)

Signali malih amplituda

• Model za velike signale – poznati parametri IS, β.• Izračunava se IC0.

Model za velike signale

24

Model za male signale

25

• Kolektorska struja

Model za male signale

26

C0C m m

T

, Ii t g v t gV

• Struja baze

Model za male signale

27

C mB π π B

m

,i t gi t v v i t

gβ

β β

• Otpornost emitorskog spoja

Model za male signale

28

π π B πm

,v r i t rgβ

Model za male signale

29

C0 Tm π

T C0

,I Vg rV I

β

• Parametri modela za male signale gm i rπ se izračunavaju na osnovu vrednosti kolektorske struje u jednosmernom režimu, IC0, koja se izračunava primenom modela za velike signale.

• Naponski generatori velikih signala predstavljaju kratak spoj, strujni generatori velikih signala prekid u kolu za male signale.

• Veliki signali se obeležavaju velikim slovima: IC0, VBE,… Mali signali se obeležavaju malim slovima iC, iB, vπ,…

Model za male signale

30

• Erlijev efekat, nazvan po J. M. Early-u, je promena efektivne širine baze u bipolarnom tranzistoru usled promene napona između baze i kolektora.

• Veći napon inverzno polarisanog kolektorskog spoja povećava širinu osiromašene oblasti kolektorskog spoja, smanjujući tako širinu baze koja provodi naelektrisanja.

Erlijev (Early) efekat

31

Erlijev (Early) efekat

32

Erlijev (Early) efekat

33

AE – površina emitorskog spojaWB – širina oblasti bazeNB – koncentracija akceptora u bazi

BE BEC S S

T T

exp 1 expV VI I IV V

2E e n

SB B

iA q n DIW N

B1 B2 S1 S2 C1 C2W W I I I I

Erlijev (Early) efekat

34

CEBEC S

T A

exp 1 VVI IV V

• Model za velike signale

Erlijev (Early) efekat

35

Model za male signale• Bipolarni tranzistor je polarisan, postignuta je odgovarajuća

radna tačka.• Prilikom promene napona između dva priključka (VCE), napon na

drugim (VBE) ostaje konstantan.• Modelovanje efekata elementima kola.

Erlijev (Early) efekat

36

Erlijev (Early) efekat

37

dIgdV

Cm

BE

CEBEC S

T A

exp 1 VVI IV V

exp 1I V IVgV V V V

S CE CBE

mT T A T

Erlijev (Early) efekat

38

• Odnos struja baze i kolektora je nepromenjen, β.

Tπ

m C

Vrg I

ββ

CB

IIβ

Erlijev (Early) efekat

39

C CBES

CE T A A

1expdI IVIdV V V V

CEBEC S

T A

exp 1 VVI IV V

Ao

C

VrI

Erlijev (Early) efekt

40

C0 T Am π o

T C0 C0

, ,I V Vg r rV I I

β

PNP tranzistor

41

Struktura PNP bipolarnog tranzistora

42

Poprečni presek

Režimi rada PNP tranzistora

43

Naponi Emitorski Kolektorski RežimVBE<0, VCB<0 direktno inverzno aktivna oblast

VBE<0, VCB>0 direktno direktno zasićenjeVBE>0, VCB<0 inverzno inverzno zakočenjeVBE>0, VCB>0 inverzno direktno inverzna aktivna o.

Tranzistorski efekat – aktivan režim

44

CB CE BE 0V V V

Model za velike signale

45

Model za male signale

46

C0 T Am π o

T C0 C0

, ,I V Vg r rV I I

β