1. Nacrtati energetske pojase tranzistora, označiti osiromašena područja i smjerove električnog polja za normalno aktivno područje rada NPN tranzistora.

2. Koje su komponente emiterske struje? INE - elektronska komponenta struje emitera.

IPE - šupljinska komponenta struje emitera.3. Koje su komponente bazne struje?

IR - struja rekombinacije.4. Koje su komponente kolektorske struje?

INC – elektronska komponenta struje kolektora. ICB0 – reverzna struja zasićenja kolektorskog spoja.

5. Što je faktor injekcije ili faktor djelotvornosti emitera? Kako se taj faktor povećava?

γ Određuje udjel korisne (elektronske) komponente struje u ukupnoj struji emitera. Teži jedinici sa smanjenjem šupljinske komponente struje emitera IPE. Taj uvjet je zadovoljen: - kad je emiter znatno jače dopiran od baze,pa je njegova provodnost veća od provodnosti baze σE>σB i - kada je baza u usporedbi s difuzijskom duljinom šupljina u emiteru LpE vrlo uska

6. Što je to prijenosni ili transportni faktor? Kako se taj faktor povećava? β* Predstavlja omjer kolektorske struje elektrona, koji su izbjegavši rekombinaciju u bazi stigli do kolektora i elektronske komponente emiterske struje. prijenosni faktor teži jedinici kada struja rekombinacije IR postane zanemarivo mala, odnosno kada je baza vrlo uska u usporedbi s difuzijskom duljinom elektrona u bazi LnB.

7. Kako je definiran istosmjerni faktor strujnog pojačanja u spoju zajedničke baze?

α=

IC −I CB 0

I E

;

8. Zašto spoj zajedničke baze nema strujno, a ima naponsko pojačanje? Spoj zajedničke baze ima napon propusne polarizacije emiterskog spoja manji od napona nepropusne polarizacije kolektorskog spoja pa se taj spoj može koristit kao naponsko

1

N+ P N

emiter

baza

kolektor

db

E

db

CFE

B

FCBWE WB WC

– –+ +

E

x

–q(UkE –

UEB)–q(Uk

C –UCB) EGEF

0

ICIE

IB

1)INE

IPE

IR

INC

ICB0

2)3)

4)5)

6)

pojačalo, a struja kolektora je uvijek manja od struje emitera za iznos struje baze pa je istosmjerni faktor strujnog pojačanja uvijek manji od jedan (a < 1, npr. 0,997). te spoj ZB nema strujnog pojačanja.

9. Zašto se zamjenom emitera kolektorom (uz iste presjeke PN-spojeva) dobiva manje

strujno pojačanje? Struja kolektora uvijek je manja od struje emitera za iznos strujne baze istosmjerni faktor strujnog pojačanja uvijek je manji od 1 pa ovaj spoj nema strujnog pojačanja.

10. Zašto se spajanjem dviju diskretnih dioda ne može dobiti tranzistor? - - - -

11. Kako je definiran istosmjerni faktor strujnog pojačanja za spoj zajedničkog emitera?

β=

IC −I CB 0

I B+ I CB 0 aa

1 β- istosmjerni faktor strujnog pojačanja u spoju zajedničkog

emitera. 12. Kakvo je strujno i naponsko pojačanje spoja zajedničkog emitera?

β>>1 (npr.100) struja kolektora je znatno veća od struje baze pa taj spoj ima strujno pojačanje. Napon propusne polarizacije emiterskog spoja je manji od napona kolektor- emiter pa taj spoj ima i naponsko pojačanje.

13. Skicirati raspodjelu manjinskih nosilaca naboja u difuzijskom području baze pri normalnom aktivnom području rada, zasićenju i zapiranju.

14. Kako prijenosni faktor ovisi o tehnološkim parametrima tranzistora?

Prijenosni faktor β* može se dobiti uvrštavanjem raspodjele naboja u bazi u izraze za

struju INC i INE, a njih u izraz: β¿=

I C

I NE

=I NE−I R

I NE

=1−I R

I NE

<1

15. Kako faktor djelotvornosti emitera ovisi o tehnološkim parametrima tranzistora? Ovisi o uvrštavanju elektronske i šupljinske struje emitera u izraz za faktor djelotvornosti:

γ=

INE

I E

=INE

INE+ IPE

<1

16. Nacrtati Ebers–Mollov model tranzistora.Uz kakve pretpostavke je dobiven taj model?

2

nC

np0B

nE

nB(x)

xWB0

a

b

c

IICI NIEN

IEN ICIIE ICIB

E

B

CUEB UCB

Niska injekcija, zanemareno rekombiniranje i generiranje nosilaca naboja u osiromašenim područjima, zanemareni sekundarni efekti, zanemaren otpor

neutralnog područja emitera,baze i kolektora.17. Što je inverzni faktor strujnog pojačanja u spoju zajedničke baze?

αNIES=αIICS. Ako je αN faktor pojačanja u normalnom području rada veći od αI faktora pojačanja u inverznom načinu rada, onda je i površina presjeka kolektora AC veća od površine emitera AE, pa je reverzna struja zasićenja kolektorskog spoja ICS veća od reverzne struje emiterskog spoja IES.

18. Napisati jednadžbe emiterske, kolektorske i bazne struje na temelju Ebers – Mollova

modela tranzistora. str.162 (5.40a, 5.40b)

19. Definirati parametre Ebers – Mollova modela. Kako se oni dobivaju mjerenjem? str.163(tablica 5.3)

20. Koje su razlike između struja IES i IEB0 , te ICS i ICB0 . Struje IES I ICS mogu se mjeriti i uz prekinuti kolektorski, odnosno emiterski strujni krug. IEB0 i ICB0 su reverzne struje nepropusno polariziranog emiterskog spoja, odnosno kolektorskog spoja.

21. Što je statistička karakteristika, a što porodica statističkih karakteristika? Statička karakteristika je karakteristika na kojoj su označena pojedina područja rada (područje zasićenja, zaporno područje, NAP). Porodica statičkih karakteristika je krivulja struja (IC,IE,IB)

22. Nacrtati izlazne I-U karakteristike u spoju zajedničke baze? Označiti na karakteristikama područje rada tranzistora. Na kojem je naponu, za zadanu struju IE struja IC = 0? str.167. (slika 5.19)

str.166.(tablica 5.4) ZAS: UEB < 0 ,UCB < 0ŽZAS- kako kroz tranzistor teče vrlo velika struja, to se područje rada koristi u radu tranzistora kao sklopke - zatvorena sklopka (niska naponska razina).-ako kroz tranzistor teče vrlo mala struja, ZAP se koristi u radu tranzistora kao sklopke - otvorena sklopka (visoka naponska razina).

3

IE1 = 1 mAIE2 = 2 mAIE3 = 3 mAIE4 = 4 mA

IC , mA

UCB , V

1234

IE = 0 mAICB00 1 2 3 4

Earlyjev efekt

23. Nacrtati ulazne I-U karakteristike u spoju zajedničke baze?

24. Nacrtati izlazne I-U karakteristike u spoju zajedničkog emitera? Označiti na karakteristikama područje rada tranzistora. Na kojem je naponu, za zadanu struju IB struja IC = 0? Uz koju struju IC je, za zadanu struju IB, napon UCE = 0?

Skoro sve karakteristike slijevaju se u jednu prolazeći kroz vrijednost IC = 0 pri naponu UCEzas. Pri naponu UCE = 0 struja kolektora je to negativnija što je struja baze veća. U ZAS kroz tranzistor teče vrlo velika struja, to se područje rada koristi radu tranzistora kao sklopke - zatvorena sklopka (niska naponska razina). U ZAP teče vrlo mala struja, to se područje rada koristi u radu tranzistora kao sklopke - otvorena sklopka (visoka naponska razina).

25. Nacrtati ulazne I-U karakteristike u spoju zajedničkog emitera? str.172. (slika 5.25)

26. Nabrojati najvažnije sekundarne efekte u radu tranzistora?

Suženje baze-Earlyjev efekt. Drift u području baze. Tranzistori nehomogene baze Ovisnost faktora strujnog pojačanja o razini injekcije Utjecaj omskih otpora RC i RB

Strujna ograničenja u radu tranzistora Probojni naponi tranzistora Ograničenje snage. Utjecaj temperature na rad tranzistora

4

IB, A UCE = 0

IB = konst.160

80

00,4

0,8

UBE, V

UCE > 0NAP

ZAS

IB1 = 40 A IB2 = 80 A IB3 = 120 A IB4 = 160 A

IC , mA

UCE , V

510

15

IB = 0

IE, mA UCB > 0

IE = konst.4

2

00,4

0,8

UEB, V

UCB = 0UCB < 0Z

AS

NAP

27. Zbog čega nastaje suženje baze? Opisati Earlyjev efekt i njegov utjecaj na izlazne i ulazne karakteristike u spoju zajedničkog emitera i zajedničke baze.

Baza N+PN+ tranzistora slabo je dopirana pa se osiromašeno područje reverzno polariziranog kolektorskog spoja više širi u područje baze zbog čega se njena efektivna širina sužuje. Utjecaj Earlyjeva efekta na izlazne karakteristike- povećanjem reverznog napona kolektorskog spoja efektivna širina baze smanjuje se zbog širenja osiromašenog sloja. Dolazi do suženja baze, a time i struje IB, stuja IC se povećava. Utjecaj Earlyjeva efekta na ulazne karakteristike- kada tranzistor radi u NAP-u, napon nepropusne polarizacije kolektorskog spoja UCB je veći od 0, baza je uska. Smanjenje napona UCB na 0 i kasnije na još niže vrijednosti dovodi tranzistor prvo na rub, a zatim sve dublje u zasićenje, zbog čega se povećava efektivna širina baze.

28. Što je posljedica nehomogenosti baze? Posljedica nehomogenosti baze je pojava ugrađenog električnog polja usmjerenog od kolektora prema emiteru (NPN tranzistor). Drift u području baze.

29. Kako razina injekcije utječe na prijenosni faktor tranzistora? Izraz za tehnološku ovisnost prijenosnog faktora β* ne pokazuje ovisnost o struji IE i IC,

već samo o naponu UCB preko Earleyeva efekta. Taj izraz dobiven je uz uvjet niske injekcije. Međutim, već pri malim naponima baza ulazi u stanje visoke injekcije.

30. Kako razina injekcije utječe na faktor djelotvornosti emitera? U uvjetima vrlo niske razine injekcije pretpostavka zanemarive rekombinacije i generacije unutar osiromašenog područja više ne vrijedi. Daljnjim porastom razine injekcije smanjuje se utjecaj rekombinacije i generacije u osiromašenom području. Međutim na još višoj razini injekcije znatnije raste i neravnotežna koncentracija većinskih nosilaca zbog čega se počinje mijenjati provodnost baze.

31. Nacrtati ovisnost faktora strujnog pojačanja u spoju zajedničke baze o struji IE. str.179. (slika 5.32)

32. Kako omski otpori neutralnih područja kolektora i baze utječe na rad

tranzistora? U većini tranzistora (legiranih i difuzijskih) otpor emitera RE može se zanemarit, dok u difuzijskim tranzistorima otpor kolektora RC nije zanemariv. Tehnološkim postupcima može se djelovati na izose otpora RE i RC, utjecaj otpora baze RB uvijek je prisutan. Kao posljedica protjecanja struje baze kroz otpor RBB' na njemu dolazi do pada napona zbog kojeg se napon UEB doveden na vanjske kontakte tranzistora B i E, više ne pojavljuje u cjelosti na aktivnom dijelu baze (B' i E)

33. Proširiti Ebers-Mollov model otporom baz e RBB'.

180. str. 5.34.

34. Opisati strujna ograničenja u radu tranzistora.5

I E

1*

*

Raspodjela napona UEB’ nije uniformna zbog nastajanja pri protjecanju struje baze kroz RB'E - distribuirani omski otpor aktivnog dijela baze. Za velike struje emitera i baze, UEB’ je veliki, a emiterski spoj je jače propusno polariziran bliže baznih priključaka Þ zgušnjavanje (lokalizacija) strujnog toka uz rub emitera. Zgušnjavanje strujnog toka Þ lokalno zagrijavanje Þ neispravan rad tranzistora Þuništenje.

35. Opisati naponska ograničenja u radu tranzistora. Zašto je UCE0 < UCB0?U spoju ZE napon proboja UCE0 je nižeg iznosa (UCE0 < UCB0), a prisutan je i vrlo jak utjecaj multiplikacije nosilaca naboja u širokom opsegu napona kolektora. Pri IB = 0:Struja IC teži beskonačnoj vrijednosti u dva slučaja: 1) kada M ®¥ (kao u spoju ZB, pri znatno višim naponima » UCB0)2) kada umnožak Ma ®¥ 1 (budući da je a » 1, to se događa već kod malih iznosa M, dakle na nižim naponima) - prevladava lavinska multiplikacija!

36. Kako temperatura utječe na ulazne karakteristike tranzistora?

37. Što je to hiperbola maximalnih kolektorskih gubitaka?Proizvođači poluvodičkih komponenata daju maksimalno dopuštenu disipaciju PCM = konst. u obliku hiperbole dopuštene disipacije ICM=PCM/UCE. Tranzistori predviđeni za rad na visokim snagama ugrađuju se u metalno kućište + hladnjak (odvođenje toplinske energija sa Si pločice).

38. Opisati toplinski bijeg u bipolarnom tranzistoru.Toplinski bijeg Þ disipirana snaga povećava temperaturu tranzistora, ona povećava pa se za istu struju IB povećava struja IC. Veća struja IC izaziva daljnje povećanje disipacije na kolektoru Þ samouništenje!.

39. Na nekoj nelinearnoj I-U karakteriskici definirati veliki i mali signal.Režim velikog signala i rad u statičkim prilikama opisuju Ebers-Mollove jednadžbe - struje tranzistora linearne kombinacije naponskih funkcija tipa exp(U) Þ nelinearna ovisnost struje o naponu.

Režim malog signala - promjene izmjeničnog signala oko statičke radne točke vrlo male (kao u pojačalu) Þ nelinearna karakteristika se može linearizirati Þ tranzistor u linearnom režimu rada (za izmjenični signal postaje linearna elektronička komponenta).

6

I

U I1I2

U1 =

U2

I2

I1

I

U I1I2

U1

=

U2

I2

I1

7

40. Što je linearni režim rada?U linearnom režimu rada konstante proporcionalnosti između pojedinih izmjeničnih veličina ovise o položaju statičke radne točke (i radnoj frekvenciji!).nelinearna karakteristika se može linearizirati Þ tranzistor u linearnom režimu rada (za izmjenični signal postaje linearna elektronička komponenta).Linearni režim rada odnosi se samo na izmjenične (AC) komponente. Za istosmjerne komponente ne postoji linearan odnos pa je za DC uvjete dioda nelinearna komponenta!

41.Opisati sve trenutne totalne vrijednosti struja i napona tranzistora u spoju zajedničkog emitera?

Za spoj ZE kod malog signala mogu se struje baze i kolektora, te naponi baza-emiter i

kolektor-emiter pisati kao: iB(t) = IB + ib(t)uBE(t) = UBE + ube(t)iC(t) = IC + ic(t)uCE(t) =UCE + uce(t)

trenutačna ukupna = istosmjerna + izmjenična vrijednost vrijednost

42. Prikazati linearnu vezu između izmjeničnih promjena koncentracija naboja i izmjeničnog napona koji ju je izazvao. Režim malog signala!

Linearizacija karakteristika tranzistora u režimu malog signala može se prikazati pomoću malih dinamičkih promjena naboja u bazi. U uvjetima niske injekcije (uz rB » 0), trenutačna ukupna koncentracija injektiranih nosilaca uz rub emiterskog spoja NPN tranzistora homogene baze, u spoju ZE i NAPu)

43. Prema definiciji struja i napona četveropola izraziti ovisnost ulaznog napona i izlazne struje, o ulaznoj struji i izlaznom naponu.

44. Iz totalnog diferencijala gornjih izraza odrediti h-parametre. Nacrtati nadomjesni sklop bipolarnog tranzistora s h-parametrima.

ulazni dinamički otpor uz konstantan istosmjerni napon na izlazu ili kratko spojen izlaz za izmjenični signal

faktor povratnog djelovanja uz konstantnu istosmjernu struju na ulazu ili odspojen ulaz za izmjenični signal

8

U1

I1Q1

U

I2 Q2

U2

faktor strujnog pojačanja uz konstantan istosmjerni napon na izlazu ili kratko spojen izlaz za izmjenični signal

izlazna dinamička vodljivost uz konstantnu istosmjernu struju na ulazu ili odspojen ulaz za izmjenični signal

Linearni nadomjesni sklop tranzistora pri malom signalu i niskim frekvencijama izveden pomoću h-parametara.

45. Kakva je veza h-parametara i tehnoloških parametara tranzistora?Male su izmjenične struje i naponi tranzistora linearno povezane pomoću h-parametara:

izlulul uhihu ri

izlulizl uhihi of 46. Nacrtati Earlyjev nadomjesni sklop. Koje fizikalno značenje imaju elementi tog

sklopa?

9

hruizl

hi

hfiulhouul

iul iizl

uizl

47. Kako glase h-parametri takvoga sklopa? ulazni dinamički otpor hib

faktor povratnog djelovanja hrb

faktor strujnog pojačanja hfb

izlazna dinamička vodljivost hob

48. Pomoću nadomjesnog sklopa za spoj zajedničkog emitera i h-parametara za spoj zajedničke baze, naći h-parametre za spoj zajedničkog emitera.

10

hibhob

E

uceube

B C

–ie

h-parametri realnog Fizikalno značenje Tipične vrijednostitranzistora (IE=1mA, rbb'=100 )

hib re' + rbb'(1+hfb') 25 hrb hrb' + rbb'g'c 10-4 -

10-3

hfb hfb' 0,95 - 0,99

hob g'c 10-6 -1

h’rbucb

h’ib= re’hfbie

h’ob =gc’ueb’

iul = –ie ic= iizl

ucb’

B’

CE

B

ueb ucb

rbb’ = RBB’ib

49. Grafički odrediti h-parametre iz I-U karakteristika za spoj zajedničkog emitera.

11

UB

E,V

I B,

AU

CE

1< U

CE

2QU

BE

I B=

kons

t.U

CE=

UC

E2 –

UC

E1

kon s

t.

BI

CEBEre

UUh

UB

E,V

IB

I B,

AU

CE=

kons

t.QU

BE

konst.

CE

UBB

Eie

IUh

hie= (ube/ib)uce=0 hib/(1+hfb)hre= (ube/uce)ib=0 hiohib/(1+hfb) – hrb – hrb

hfe = (ic/ib)uce=0 – hfb/(1+hfb)hoe= (ic/uce)ib=0 hob/(1+hfb)

50. Objasniti načelo mjerenja h-parametara.Mjerenje h-parametara prema uvjetima za izmjenične signale (kratko spojeni izlaz uizl = 0 ili uz otvoren ulaz iul = 0 )

51. Što je hibridni Π-nadomjesni sklop i gdje se upotrebljava?Za tranzistore je uobičajeno upotrebljavati nadomjesne sklopove s jednim izvorom koji se temelje na g-parametrima. U spoju ZE to je najčešće hibridni p-nadomjesni (Giacolettov) sklop čiji se svi elementi:

• mogu se izračunati iz h-parametara i • imaju izravnu vezu s fizikalnim pojavama u tranzistoru!

52. Pokazati vezu između otpornih elemenata Π nadomjesnog sklopa i h-parametara.Veza niskofrekvencijskih (otpornih) elemenata hibridnog p-nadomjesnog sklopa i h-parametara

12

I C, m

AU

CE,V

UC

EI

CQI B

= k

onst

.

kon s

t.

BI

CECoe

UIh

I C, m

AI

B=

IB

2 –I

B1

UC

E,V

UC

E=

kons

tI

CI B

2QI B

1

konst.

CE

UBC

feII

h

53. Kako je definirana i o čemu ovisi granična frekvencija spoja zajedničke baze?Spoj ZB - utjecaj ostalih parametara na graničnu frekvencija faktora strujnog pojačanja fhfb:- barijerni Cbe - g postaje frekvencijski ovisan, a fhfb još niža!!- difuzijski Cdc << Cbc - mali utjecaj!- barijerni Cbc - dodatno snizuje fhfb !!- kolektorska struja IC -s porastom struje fhfb prvo raste, a zatim počinje opadati - napon kolektor-baza UCB - smanjuje širinu baze WB, pa fhfb raste!

54. Kako je definirana granična frekvencija spoja zajedničkog emitera?Spoj ZE - granična frekvencija fhfe i fT Frekvencija fT na kojoj je hfe=1 naziva se frekvencijom širine pojasa strujnog pojačanja:

hfbhfb

fe

feT ff

h

hf »

10

10

55. Što je frekvencija fT?Frekvencija fT na kojoj je hfe=1 naziva se frekvencijom širine pojasa strujnog pojačanja

56. Poredati po veličini frekvencije fhfb, fT, i fhfe.

fhfb, fT i fhfe

57. Što je radna točka i radni pravac? Za spoj zajedničkog emitera pokazati ulazak tranzistora u zasićenje i zapiranje.

Radna točka pobliže određuje dinamičke karakteristike sklopa, a uz njezin položaj na izlaznoj karakteristici aktivnog elementa povezan je i pojam klase u kojoj djeluje elektronički sklop.Statički radni pravac - dopuštene statičke radne točke Q(IC,UCE) u zadanom sklopu. U tranzistorskoj sklopci struja baze upravlja strujom kolektora u većem dijelu izlaznih karakteristika.

58. Što je duboko zasićenje?Duboko zasićenje je zasićenje kod kojeg se kolektorska struja gotovo ne mijenja, iako je struja baze povećana, a napon UCE se i dalje smanjuje sve do UCEzas. Duboki ulazak u zasićenje važan je jer on utječe na vrijeme koje je potrebno da tranzistor izađe iz stanja zasićenja. Što je

13

IB1IB2IB3I+BIC UCE IB = 0UCC

C

CC

R

U

A (ON)B (OFF)UCEzas ICE0

rbb’

gmub’erceube

ib ic

ucb’

B’ CB

ub’e rb’e

rb’c

E

tranzistor manje u zasićenju to je i njegovo vrijeme isključivanja (prelazak iz zasićenja u zapiranje) kraće.

59. Koja je svrha spajanja Schottkyjeve diode paralelno spoju baza-kolektor tranzistora?

Schottkyjevu diodu spajamo paralelno spoju baza-kolektor zbog ubrzanja rada prekidačkih tranzistora, preklapaju i do 10 puta brže od običnog tranzistora.

60. Koje su bitne karakteristike tranzistora kao sklopke?Bitne karakteristike tranzistora kao sklopke su vremena uključivanja i isključivanja. Vrijeme uključivanja tuklj.= td + tr, gdje je td vrijeme kašnjenja definirano kao vrijeme potrebno da pri baznoj struji, struja kolektora dosegne 10% njene konačne vrijednosti, a tr vrijeme porasta definirano kao vrijeme u kojem struja kolektora poraste sa 10% na 90% vrijednosti.

Vrijeme isključivanja tisklj.= tst + tf, gdje je tst vrijeme zadržavanja obično definirano kao vrijeme potrebno da struja IC padne na 90% pune vrijednosti, a tf vrijeme pada definirano kao vrijem u kojem struja kolektora padne s 90% na 10% vrijednosti.

61. Zašto se tranzistori s efektom polja nazivaju i unipolarnim tranzistorima?Tranzistori s efektom polja se nazivaju i unipolarnim tranzistorima zato što struju čine samo većinski nosioci naboja.

62. Koje su dvije osnovne vrste FET-ova? Po čemu se oni bitno razlikuju? JFET, spojni unipolarni tranzistori- napon upravljačke elektrode G (engl. gate) mijenja širinu osiromašenog područja nepropusno polariziranog PN-spoja pa time i otpornost vodljivog kanala u volumenu poluvodiča. Upravljačka elektroda je odvojena od vodljivog kanala nepropusno polariziranim PN-spojem.

MOSFET,metal-oksid-poluvodič unipolarni tranzistori- metalnu upravljačku elektrodu od vodljivog kanala na površini poluvodiča odvaja izolator. Najčešća izvedba te strukture je izolacija oksidnim slojem (često SiO2) odakle naziv MOSFET

63. Skicirati presjek spojnog FET-a. Označiti područje uvoda S, odvoda D i upravljačke elektrode G i kanala.

64. Objasniti načelo rada FET-a. Spojni FET radi tako što upravljački napon UGS stvara el. polje koje će ovisno o svojoj jakosti i smjeru inducirati tj. povećati ili smanjiti količinu naboja u poluvodiču. Na taj način se povećava ili smanjuje vodljivost poluvodiča. Upravljački napon UGS osigurava nepropusnu polarizaciju između p+ i N područja. Širina PN barijere je veće s povećanjem napona UGS. Kroz preostali el. neutralni dio poluvodiča N-tipa zvanog kanal teći će struja koja će ovisiti kako o naponu UDS tako i o naponu UGS. Ta struja se zove struja odvoda ID.

65. Na kojem je naponu UGS najširi kanal N-kanalnog spojnog FET-a?Kanal N-kanalnog FET-a je najširi kada je napon UGS=0.

66. Na kojem se naponu UGS prekida kanal N-kanalnog spojnog FET-a?Kanal N-kanalnog FET-a se prekida kada je napon UGS= -Up.

14

P+

P+

NIDID

drift elektronaID

G

S D

67. Što je napon dodira? Zbog kojih još razloga dolazi do prekida kanala?Napon dodira Up je napon pri kojem se prekida kanal, dolazi do zasićenja-zbog porasta napona UDS i struje ID dolazi do prodiranja osiromašenog područja u kanal i do prekida samog kanala.

68. Izvesti izraz za struju spojnog FET-a. Nacrtati I-U karakteristiku.

Izraz za struju spojnog FET-a:

I D=G0 [1−(−UGS

U p)]

12⋅U DS

-gdje je G0 vodljivost potpuno otvorenog kanala (dobivenu uz UGS=0), tj. vodljivost od zanemarive debljine osiromašenog sloja (xn<<D). Za zadanu vrijednost reverznog napona UGS taj izraz pokazuje linearnu ovisnost struje odvoda ID o naponu UDS.

69. Na I-U karakteristikama označiti: triodno područje, područje zasićenja i područje linearnog naponski promjenjivog otpora.-područje linearnog naponski promj. otpora se nalazi na spoju kod ishodišta.

15

UDS

IDUGS = 0 V

UGS = –1 V

UGS = –Up VUGS = –2 V

70. Nacrtati prijenosnu karakteristiku N-kanalnog i P-kanalnog spojnog FET-a.

71. Što je modulacija duljine kanala i gdje se na I-U karakteristikama vidi njezin utjecaj?

16

I D, m

AI D

SS

0–U

GS,

V

UD

S = k

onst

.

– 1

– U

p–

2–

3–

4

UDS, VUDSS = UpIDSStriodno područje

područje zasićenja

UGS = 0 VUGS = – 1 VUGS = – 2 VUGS = – UpUGS = – 3 V

3

1

3

223

0p

GS

p

GSpDSS U

U

U

UUGI

U realnim tranzistorima efektivna duljina kanala se skraćuje čime se smanjuje i njegov otpor, pa se povećanjem napona UDS struja odvoda ipak malo poveća (predstavlja onu iscrtkanu liniju na izlaznoj karakteristici). Taj efekt se naziva modulacijom duljine kanala. U biti to je povećanje struje odvoda u zasićenju (odstupanje od idealne karakteristike).

72. Definirati dinamičke parametre i nacrtati nadomjesni spoj FET-a.Dinamički parametri:

gm= ( ∂ iD

∂uGS)UGS=konst .

strmina (prijenosna vodljivost)

1rd

=gd=( ∂ iD

∂uDS)U GS=konst .

izlazna dinamička provodnost

μ=gm∙rd faktor naponskog pojačanja

73. Kako je definirana izlazna dinamička vodljivost?Izlazna dinamička vodljivost gd je predstavljena nagibom izlaznih karakteristika.

74. Kako je definirana strmina FET-a?Strmina je predstavljena nagibom prijenosnih karakteristika. Strmina je maksimalna za UGS=0, osim toga strmina se može povećavati povećavanjem omjera W/L (širim, a kraćim kanalom).

75. Objasniti princip rada MESFET-a.Konstantna otpornost rn u članu G0 implicitno pretpostavlja konstantnu pokretljivost elektrona! Pri većim jakostima električnih polja može doći do zasićenja pokretljivosti, pa gornja pretpostavka više nije točna! To posebno vrijedi za FET-ove vrlo kratkih kanala - na primjer MESFET-ove.

Suženje kanala se ostvaruje širenjem osiromašenog sloja nepropusno polarizirane strukture metal-poluvodič - Schottkyjeva barijera. MESFETovi se koriste u vrlo brzim digitalnim ili mikrovalnim sklopovima (jednostavnost Schottkyjeve barijere omogućava i vrlo male dimenzije komponente!!).

76. Opisati načelo rada tranzistora s efektom polja s izoliranom upravljačkom elektrodom (MOSFET)

Strujom kroz površinski kanal upravlja napon upravljačke elektrode G - odvojena od kanala izolatorom. Za P-kanalni MOSFET napon UGS mora biti negativniji od napona praga -Utp da bi došlo do indukcije pozitivnog naboja tik uz površinu ispod upravljačke elektrode i stvaranja vodljivog P-kanala u N-podlozi. MOSFET kod kojeg se kanal stvara indukcijom, tj. tek dovođenjem napona UGS većeg od napona praga naziva se: MOSFET obogaćenog tipaMOSFET kod kojeg kanal postoji i za UGS = 0 V naziva se MOSFET osiromašenog tipa (engl. depletion). Kod njih se za razgradnju kanala na površini poluvodiča mora privesti negativan napon UGS - koristi se za osiromašenje kanala koji u uvjetima ravnoteže već postoji!!

77. Koje vrste MOSFET-ova postoje? Nacrtati njihove prijenosne karakteristike

17

gmugsrdugs

id

uds

S

Cgs Cds

Cgd DG

Simbol i prijenosna karakteristika N-MOSFETa obogaćenog tipa ID =f(UGS)UDS = konst

Simbol i prijenosna karakteristika P-MOSFETa obogaćenog tipa

Simbol i prijenosna karakteristika N-MOSFET a osiromašenog tipa ID =f(UGS)UDS = konst

18

– ID, mA

–UGS, V – Utp

IDD

G

S

P-MOSFET

B

ID, mA

UGS, VUtn

ID

S

G

D

N-MOSFET

B

Simbol i prijenosna karakteristika P-MOSFET a osiromašenog tipa

78. Što je osiromašeni a što obogaćeni tip MOSFET-a?

MOSFET obogaćenog tipa : MOSFET kod kojeg se kanal stvara indukcijom, tj. tek dovođenjem napona UGS većeg od napona pragaMOSFET osiromašenog tipa: MOSFET kod kojeg kanal postoji i za UGS = 0 V. Kod njih se za razgradnju kanala na površini poluvodiča mora privesti negativan napon UGS - koristi se za osiromašenje kanala koji u uvjetima ravnoteže već postoji!!

79. Kako uz razne iznose vanjskog napona dolazi do akumulacije, osiromašenja i inverzije idealnog MOS kondenzatora?MOS struktura u neravnoteži (U < 0) – akumulacijaMOS struktura u neravnoteži (U > 0) – osiromašenjeMOS struktura u neravnoteži (U >> 0) – inverzija

80. Kako dolazi do induciranja površinskog N-kanala u P-podlozi?Inverzijom originalnog P-tipa pod djelovanjem vanjskog napona (uz površinu P-tipa poluvodiča povećava se koncentracija elektrona)(širina inverzijskog sloja uža od 1mm)

81. Kako je definiran napon praga?Utn=UGS - uDSzas Utn=фms-Qi/Ci-Qd/Ci+2ρF

82. Kako kapacitet idealne MOS strukture ovisi o naponu?Koje se kapacitivnosti ovdje pojavljuju?CTS i CTD - kapaciteti osiromašenih slojevaCRS i CRD - kapaciteti zbog preklapanja metalizacije upravljačke elektrode G i

difuzijskog ¸ područja uvoda D83. Kako razlika radova izlaza utječe na napon praga? Što je napon ravnih pojasa?

84. Kako naboj na spoju oksid-poluvodič utječe na napon praga?Qn=−C i [UGS−U tn ]

85. Izvesti izraz za struju MOSFETA-a? Nacrtati U-I karakteristikuU-I- izlazne karakteristike

Izlazna karakteristika obogaćeni N-MOSFET Izlazne karakteristike osiromašeni N-MOS FET ID =f(UDS)UGS = konst. ID =f(UDS)UGS = konst.

19

– ID, mA

–UGS, V Utp

IDD

G

S

P-MOSFET

B

ID, mA

UGS, V–Utn

ID

S

G

D

N-MOSFET

B

86. Kako se definira napon zasićenja?

U DS zas=UGS−U tn

87. Što je modulacija duljine kanala? Kako se iz izlaznih karakt. može odrediti napon UA?

Povećanjem napona UDS smanjuje se duljina kanala i povećava struja ID

tako da se spoje produžetci napona UGS

88. Kako se mjerenjem može odrediti napon praga Ut i koeficijent K?

20

ID

–UA= – 1/

UGS3

UGS2UGS1

UDS0

ID, mA

UDS, V

triodno područje

područje zasićenja

UGS = 2 V

UGS = 1 VUGS = 0 VUGS = – 2VUGS = – 1 V

ID, mA

UDS, VUDSzas = UGS –Utn

IDzastriodno područje

područje zasićenja

UGS = 5 V

UGS = 4 VUGS = 3 V

UGS = Utn = 1VUGS = 2 V

89. Koji je točniji način određivanja koeficijenta K?Određivanje koeficijenta K iz nagiba pravca ne daje točne iznose tog koeficijenta, jer je K/2 dobiven krajnjim pojednostavljenjem u izvođenju izraza:Taj se koeficijent mnogo točnije mjeri u triodnom područjui to u okolici nule gdje se MOS tranzistor ponaša kao linearni otpor.

90. Kako podloga utječe na napon praga?

91. Nacrtati nadomjesni sklop za MOSFET i ucrtati parazitne kapacitete

21

CTS i CTD - kapaciteti osiromašenih slojevaCRS i CRD - kapaciteti zbog preklapanja metalizacije upravljačke elektrode G i difuzijskog područja uvoda D

gmugsrduul = ugs

iul = ig = 0 iizl = id

uizl = uds

Nadomjesni spoj na visokim frekvencijama

mA

,DI

UG

S, V

204060

24

UB

S =

0U

BS =

–1V

UB

S =

–2V Povećanje apsolutnog iznosa

napona podloge Þ povećanje rezultantnog napon praga Utn.

mA,DI

UG

S, V

204060 24Utn

ekst

rapo

laci

jaK=μns εs

Wdox L

gmugsrdugs

id

uds

S,B

CTD

CGD + CRD DG

CGS + CRS

92. Koji je najčešći način tehnološkog utjecanja na napon praga?Danas je najčešći način podešavanja napona praga ionska implantacija. Budući da se tom metodom mogu unijeti vrlo precizne koncentracije primjesa, moguće je i vrlo precizno kontrolirati napon Utn,p. Tom se metodom uz primjenu jačih iznosa implantacije može napon praga ne samo smanjiti na nulu, nego i po potrebi i povećavati.

93. Koji su efekti osvjetljavanja poluvodiča?Fotoefekt - osvjetljavanjem poluvodiča povećava se generiranje parova nosilaca naboja

Posljedice fotoefekta: povećanje provodnosti poluvodiča, povećanje inverzne struje PN-spoja (ako se fotoefekt javlja dovoljno blizu PN-

spoja), promjena širine osiromašenog sloja PN-spoja zbog difuzijskog gibanja

nosilaca naboja (izravna pretvorba svjetlosti u električnu energiju), emitiranje svjetlosti (posljedica rekombinacije nosilaca zbog protoka struje

kroz PN-spoj).94. Što je fotootpornik? Koji su njegovi karkteristični parametri?

Fotootpornici - poluvodička zamjena za vakuumske fotoćelijeOsnovni parametri fotootpornika: - vodljivost u tami, - osjetljivost na svjetlosnu pobudu, - spektralna osjetljivost, - prag osjetljivosti i - brzina odziva na svjetlosnu pobudu.

95. Objasniti fotonaponsku pretvorbu u PN spoju. Koje je uvjete treba zadovoljiti da bi do nje došlo?Neosvijetljena nepropusno polarizirana PN-dioda Þ teče samo reverzna struja zasićenja IS , posljedica drifta manjinskih nosilaca kroz PN-spojIS je generacijska struja Þ termički generirani manjinski nosioci prenose se na drugu stranu PN-spoja pod djelovanjem električkog polja osiromašenog sloja.

Osvijetljena nepropusno polarizirana PN-dioda (izložena djelovanju fotona) Þ učestalosti termičke generacije para elektron-šupljina Gterm dodaje se učestalost optičke generacije para elektron-šupljina Gopt.

Nužan uvjet za pojavu optičke generacije para nosilaca: hc/l ³ EG 96. Na koja se dva načina može koristiti fotodioda?

- fotodioda - sunčeva ćelija

97. Što je sunčeva ćelija?Sunčeva ćelija - izravna pretvorba optičke energije Sunca u električnu energiju.

98. Što je faktor popunjenja kod sunčeve ćelije?

Faktor popunjenja = mjera za uspoređivanje sunčevih ćelijaFpop=

I mU m

I ksU ∞<1

99. čemu ovisi djelotvornost sunčeve ćelije?

ηmaks=|Pm|Popt

=|I mU m|Φo AW h

22

- Fo površinska gustoća protoka fotona u poluvodiču kod monokromatske svjetlosti valne duljine l- A površina sunčeve ćelije - Wh srednja vrijednost energije fotona iz sunčevog spektra

100. Koje su uobičajene izvedbe sunčevih ćelija?-Ćelije od polikristaličnog silicija-Ćelija od amorfnog silicija

101. Što su fotodetektori?To su fotodiode koje mjenjaju vrem. promjenjive optičke u vrem. promj. električne signale

102. Objasniti razliku fotodetektora s osiromašenim slojem i PIN fotodetektoraFotodiode s osiromašenim slojem - generiranje para elektron-šupljina uglavnom u osiromašenom područjuŠirina db = kompromis (velika osjetljivost i kratko vrijeme odziva):

- veća osjetljivosti - širi db (slabije dopiranje). Većinu nosilaca apsorbira osiromašeni sloj, manji barijerni kapacitet (manja vremenska konstanta detektorskog kruga) - kraće vrijeme odziva - uži db

PIN fotodetektor - osjetljiv na fotone energije » EG hc/l < EG - fotoni nisu apsorbirani, hc/l > EG - fotoni apsorbirani ali u blizini površine gdje je

učestalost rekombinacije vrlo velika. 103. Što su lavinske fotodiode i kada se koriste?

Lavinska fotodioda- rade u području lavinskog proboja. koristi se za detekciju optičkog signala vrlo niskog intenziteta

104. Koji je princip rada fototranzistora?simbol fototranzistora:

105. Zašto je fototranzistor osjetljiviji od foodiode?

prema izrazu IE = Iopt+βIopt = (1+β)Iopt fototranzistor je (1+β) puta osjetljiviji od fotodiode106. Nabrojati i opisati vrste luminiscencije

Luminiscencija - svojstvo nekog materijala da emitira svjetlost = proces "hladne" emisije (zarazliku od "vrućih" procesa - sijalica sa žarnom niti).

Podjela luminiscencija prema najčešćim mehanizmima pobude nosilaca naboja:a) fotoluminiscenciju - pobuda apsorpcijom fotona

- brzi R proces - fluorescencija - spori R proces - fosforescencija,

b) katodoluminiscenciju - pobuda bombardiranjem materijala elektronima visoke energije

c) injekcijsku luminiscenciju - pobuda uvođenjem struje u uzorak materijala.107. Objasniti injekcijsku luminiscenciju kod svjetleće diode (LED)

Simbol LED-ice

108. Objasniti princip rada optoizolatora

simbol i način polarizacije optoizolatora

23

URI

Princip rada: pod djelovanjem upadne svijetlosti kroz emiterski spoj poteče struja bez obzira koji je od spojeva (E,B,C) osvijetljen. Optički generirani nosioci naboja stvaraju struju koja je ekvivalentna struji baze. Struja emitera jednaka je:

IE = Iopt+βIopt = (1+β)Iopt

razdvajaju se ulazne i izlazne komponente (izor i detektor svijetlosti) i povezuju optočkom vezom preko prozirnog izolacijskog spoja

109. Što je stimulirana emisija svijetlosti?Stimulirana emisija - elektron na višoj ili pobuđenoj razini energije može biti i stimuliran na rekombinaciju pomoću polja fotona odgovarajuće valne duljine (i energije) hc/l=E2–E1

110. Usporedba LED-laser? Objasniti odnose spontane emisije, apsorpcije i stimulirane emisije LED-laser?

U radijacijskom polju fotona energije hc/l istodobno su prisutna tri procesa: a) stimulirana emisija - proporcionalna trenutnom broju elektrona n2 na gornjoj

energetskoj razini E2 i gustoći energije stimulirajućeg polja F. b) apsorpcija fotona - proporcionalna populaciji elektrona donje razine n1 i gustoći

energije stimulirajućeg polja F.c) spontana emisija - učestalost proporcionalna samo populaciji gornje razine n2.Stacionarno stanje: populacije n2 i n1 su konstantne Þ apsorp = spont + stim

111. Što je populacijska inverzija kod PN- lasera?Za stim >> spont (stimulirana emisija fotona veća apsorpcije fotona)

populacijsku inverziju - n2 > n1 Þ osiromašeno područje nije više osiromašeno - velika koncentracija elektrona u vodljivom i šupljina u valentnom pojasu - uski pojas u PN-spoju i oko njega postaje područje populacijske inverzije - najlakše se opisuje kvazi-Fermijevim razinamaKoncentracija elektrona injektiranih u području populacijske inverzije u P-tip poluvodiča i šupljina injektiranih u N-tip poluvodiča, mnogo je viša od ravnotežne koncentracije

112. Što je tiristor ?Najvažnija i najčešće upotrebljavana poluvodička energetska sklopka . Ta komponenta je četveroslojna PNPN struktura koja djelotvorno blokira struju kroz dva izvoda sve dok malom strujom na trećem izvodu nije prebačena u stanje vođenja

113. Što je jednospojni tranzistor? Opisati njegov radJednospojni tranzistor ( ili UJT ) je poluvodička sklopka čiji se rad temelji na modulaciji provodnosti baze. Ona ima jedan PN spoj ali jedan od slojeva tog spoja ima dva priključka. UJT ili dvobazna dioda prelazi iz stanja blokiranja u stanje vođenja kada napon na napon na njezinim izvodima dosegne neki kritičan iznos Upr0 , koji je moguće mjenjati pomoću vanjskog prednapona. simbol:

114. Kako u njegovoj I-U karakteristiki nastaje područje negativnog otpora?Smanjenjem napona UR1 dodatno se povećava propusna polarizacija diode koja radi toga u bazu injektira još više šupljina. Rezultat je da povećanje struje kroz P+N spoj dovodi do smanjenja ukupnog

24

B2

B1 E

IFU1

U2

IC

R2

R1

napona UE=UD+UR1. To u I-U karakteristici UJT-a na prijelazu iz stanja blokiranja u stanje vođenja stvara područje negativnog otpora.

115. Kako izgleda struktura diodnog tiristora?Osnovna struktura i koncentracija primjesa diodnog tiristora :

116. Objasniti njegovu karakteristiku! Zašto je takva komponenta prikladna za izvedbu elektroničke sklopke?Simbol i I-U karakteristika diodnog tiristora

25

I A, A

UA

K, V

UP

M0

Uh

I h

I A(U

PM0)

Upr

–IA,

A

P1+ P1 N1 P2 N2 N2

+

|NA– ND|

xdb1 db2 db3

omski

kontakt

omski

kontakt

IE, mA

UE, V

IBB = 0IBB > 0negativan otpo

r Upr0

unutarnji tiristor

simbol:

Ih - (engl holding current) struja držanjaUh - (engl holding voltage) napon držanja

proboj

nepropusna polarizacija

vođenje

područje negativnog otpora

propusna polarizacija

A K

Prelazak iz stanja blokiranja u stanje vođenja dešava se pri naponu UPM0, a odvija se brzim prolaskom kroz područje negativnog otpora.Kada kod tiristora u vođenju napon UAK padne ispod vrijednosti Uh kroz tiristor prestaje teći struja i on se ponovo vraća u stanje blokiranja.Struja u 3.kvadrantu je ograničena na malu struju termički generiranih parova elektron-šupljina u blizini područja db1 i db3 . Ostaje mala sve do pojave lavinskog proboja Upr

117. Zašto se tiristor sa svoja 3 PN spoja ne ponaša kao 3 serijski spojene diode?

118. Što je dvotranzistorska analogija diodnog tiristora?

119. Koje osiromašeno područje određuje napon prelaska tiristora u vođenje? Zašto?naponski proboj - nastaje kod UAK ®UPM0. Posljedica je proboj (ili znatno propuštanje) srednjeg nepropusno polariziranog osiromašenog područja db2. Mehanizam proboja obično nastaje kombinacijom

a) lavinske multiplikacije i b) efekta suženja baze.

Uvjet prelaska u vodljivo stanje: M ( α1+α2 ) = 1, gdje je

120. Koje osiromašeno područje određuje napon proboja tiristora u nepropusnoj polarizaciji?

26

P1 N1 P2 N2A K

+

db1 db2 db3

IA

UAK

P1

N1

P2N2

A

K

db1

db2db3

P1

N1

P2

Adb1

db2

N1

P2N2K

db2db3

IB1= IC2

IC1= IB2

A

K

IA

IK

T1T2

tiristor (PNPN) se prikaže kao spoj PNP i NPN tranzistora

M - koef. lavinske multiplikacije

M= 1

1−√( U AK

U pr)

k+1

db1 i db3 su neprop. polar, a db2 prop. pol.Povećanjem napona reverzne polarizacije prvo dolazi do proboja osiromaš. podr. db3. Naime kako su N2- i P2- područja jače dopirana od N1- područja, db3 je uže od osirom.p. db1 pa do njegova proboja dolazi pri naponu od

svega nekoliko volta. Budući da kod nepropusne polarizacije nema tranzistorskog efekta, proboj db3 ne utječe na struju kroz cijelu komponentu jer osir. p. db1 još nije probijeno. Proboj diodnog tiristora kod nepropusne polarizacije ovisi stoga o proboju osiromašenog područja db1. Napon proboja tog širokog osiromaš. p. db1 je po iznosu pribl. jednak naponu UPM0