II semestar (2+2+1) Nastavnik: Prof. dr Dragan Pantić...

II semestar (2+2+1)

Nastavnik: Prof. dr Dragan Pantić, kabinet 337dragan.pantic@elfak.ni.ac.rs

Predavanje X

5/21/2012

Elektronske komponente -

Pasivne komponente 2

Sadržaj predavanja

Osnovna struktura bipolarnog tranzistora –

BJT (bpolar junction transistor)

Kako se polariše BJT?

Struje BJT

Parametri tranzistora

BJT kao pojačavač

BJT kao prekidač

5/21/2012 3

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Bipolarni tranzistor je komponenta

koja ima tri izvoda

Šematski prikaz pojačanja

signala na ulazu

5/21/2012 4

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Osnovna struktura bipolarnog

tranzistora – BJT (bipolar junction

transistor)

Kako se polariše BJT?

Struje BJT

Parametri tranzistora

BJT kao pojačavač

BJT kao prekidač

5/21/2012 5

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Ilustrativni prikazi PNP i NPN bipolarnog tranzistora

5/21/2012 6

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Struktura BJT

5/21/2012 7

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 8

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Diskretni BJT i način njegove montaže

5/21/2012 9

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 10

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Osnovna struktura bipolarnog tranzistora –

BJT (bipolar junction transistor)

Kako se polariše BJT?

Struje BJT

Parametri tranzistora

BJT kao pojačavač

BJT kao prekidač

5/21/2012 11

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

U oba slučaja, i kod NPN i kod PNP tranzistora, spoj BE (baza-emitor) je direktno,

a spoj BC (baza-kolektor) je inverzno polarisan!!

5/21/2012 12

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Princip rada NPN BJT

BE – direktno polarisan spoj – oblast osiromašenja se sužava

BC – inverzno polarisan – oblast osiromašenja je proširena

5/21/2012 13

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 14

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Princip rada NPN BJT

Iz jako dopiranog n-emitora, slobodni elektroni prolaze kroz BE spoj u p-bazu gde postaju manjinski nosioci

U slabo dopiranoj p-bazi broj šipljina je ograničen pa se samo mali broj elektrona rekombinuje –mala bazna struja elektrona!!

5/21/2012 15

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 16

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Princip rada NPN BJT

Najveći broj elektrona je zahvaćen uspostavljenim električnim poljem na inverzno polarisanom BC spoju i kolektorskim + naponom

Prema tome, kolektorska stuja je mnogo veća od bazne struje –govorimo o strujnom pojačanju

5/21/2012 17

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 18

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Osnovna struktura bipolarnog tranzistora –

BJT (bipolar junction transistor)

Kako se polariše BJT?

Struje BJT

Parametri tranzistora

BJT kao pojačavač

BJT kao prekidač

5/21/2012 19

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Struje kroz BJT tranzistor

5/21/2012 20

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 21

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 22

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 23

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 24

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Polarizacija npn i pnp bipolarnog tranzistora

5/21/2012 25

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Načini vezivanja bipolarnog tranzistora

5/21/2012 26

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Koeficijent strujnog pojačanja

(DC DC i DC DC)

Odnos izlazne - kolektorske struje IC i ulazne -

bazne struje IB zove se koeficijent strujnog

pojačanja DC:

Odnos kolektorske struje IC i emitorske struje IEzove se koeficijent strujnog pojačanja DC:

Tipične vrednosti se kreću

od 20 do 200 i više!!

Tipične vrednosti se kreću

od 0.95 do 0.99, ali su uvek

manje od 1!!

5/21/2012 27

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Veza između koeficijentata strujnog pojačanja

tranzistora sa zajedničkim emitorom

11

E

C

E

C

CE

C

B

C

I

I

I

I

II

I

I

I

1 1

5/21/2012 28

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 29

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 30

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Strujno-naponska analiza

bipolarnog tranzistora

5/21/2012 31

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 32

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

BAZNO

KOLO

5/21/2012 33

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

KOLEKTORSKO

KOLO

Kolektorska struja

5/21/2012 34

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 35

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

PRIMER:

5/21/2012 36

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 37

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 38

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 39

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Primene bipolarnih tranzistora

Osnovne primene bipolarnih tranzistora

su:

kao pojačavačka komponenta u

pojačavačkim kolima,

kao prekidačka komponenta u

prekidačkim kolima.

5/21/2012 40

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Pojačavačke osobine BT

Izborom izvora napajanja

Vcc i Vbb se obezbeđuju

naponi za rad BT u

aktivnom režimu

Otpornikom Rb se

podešava napon Vbe

Otpornikom Rc se definiše

radna prava

5/21/2012

Elektronske komponente -

Pasivne komponente 41

CE

CC

CC

C VRR

VI

1

ac napon Vin je superponiran dc naponu VBB

5/21/2012 42

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

IC=8mA

VCE=3.5V

RC=375

5/21/2012 43

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Kada se na bazu dovede naizmenični signal Vin jednosmernoj baznoj struji IBse superponira naizmenična komponenta ib(t) = Ibmsin( t) (primer:amplituda Ibm = 35 A)

Pri pozitivnoj poluperiodi naizmeničnog signala povećava se i kolektorska struja (od tačke M u levo po radnoj pravoj do tačke A, u kojoj je Icm = Ibm = 200 35

A = 7 mA, odnosno u tački A kolektorska struja je ICA = ICM + Icm = 8 + 7 = 15 mA)

5/21/2012 44

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

IC=8mA

VCE=3.5V

RC=375

5/21/2012 45

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Pri negativnoj promeni naizmenične komponente bazne struje, kolektorska struja se po radnoj pravoj od jednosmerne radne tačke M smanjuje u desno do tačke B, u kojoj je

ICB = ICM - Icm = 8 - 7 = 1 mA

5/21/2012 46

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

IC=8mA

VCE=3.5V

RC=375

5/21/2012 47

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Ako je promena bazne struje IB, promena kolektorske struje je IC =

IB (primer IB = 70 A, tako da je IC = 200 70 A = 14 mA

Malom promenom ulazne struje moguće je ostvariti relativno veliku promenu izlazne struje, koja na otporniku RC stvara pad napona koji se dalje, na isti način, može povećavati

5/21/2012 48

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Dozvoljeno "pomeranje" radne tačke po radnoj

pravoj (a) i deformacija izlaznog signala kada

radna tačka "zalazi" i u oblast saturacije i u

prekidnu oblast (b)

5/21/2012 49

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Bipolarni tranzistor se koristi i kao prekidačka komponenta u prekidačkim kolima.

Tranzistor se dovede u stanje zakočenja (bazna struja IB = 0), tada tranzistor ne vodi (IC = 0) i tretira se kao otvoren prekidač.

Napon na kolektoru, koji je tada približno jednak naponu napajanja VCC - logička jedinica ("1"), u digitalnim logičkim kolima.

Kada napon između kolektora i emitora opadne na VCEsat ("tranzistor je u zasićenju"), kroz njega protiče maksimalna kolektorska struja, IC(sat), i tranzistor se tada ponaša kao zatvoren prekidač.

Napon između kolektora i emitora je najmanji i to može da bude logička nula u digitalnim kolima.

5/21/2012 50

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 51

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Pakovanja bipolarnih tranzistora

5/21/2012 52

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 53

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 54

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Električni model tranzistora Osnovni model se zove Ebers-Molov model

U normalnom režimu rada, kada je emitorski spoj direktno, a kolektorski spoj inverzno polarisan, spoj kolektor-baza predstavljamo strujnim izvorom koji zavisi od vrednosti napona VBE izmađu baze i emitora.

S obzirom da je IC = IE + IB ≈ IE, a struja IE je struja direktno polarisanog emitorkog spoja:

Direktno polarisani emitor-bazni spoj se na uprošćenom Ebers-Molovom modelu predstavlja diodom, sa strujom

IB = IC/( +1)

T

BEsEC

U

VIII exp

5/21/2012 55

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 56

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

Testiranje ispravnosti tranzistora

5/21/2012 57

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 58

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 59

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 60

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 61

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 62

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 63

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 64

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 65

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 66

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 67

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 68

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 69

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 70

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 71

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 72

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 73

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 74

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 75

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 76

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 77

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 78

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 79

Elektronske komponente -

Pasivne komponente

5/21/2012 80

Elektronske komponente -

Pasivne komponente