4,5.

1. Koja je funkcija aktivnih elektroničkih komponenata u elektronici?

Pojačanje snage

Preklapanje (rad u režimu sklopke).

2. Kako se tranzistori dijele prema načelu rada?

Bipolarni (spojni) tranzistor (BJT)

Unipolarni tranzistori (FET)- dijele se na spojne unipolarne tranzistore (JFET) i metal-

oksid-poluvodič unipolarne tranzistore (MOSFET).

3. Što je unos (injekcija) nosilaca naboja, a što njihov prijenos (transport)? Opisati

tranzistorski efekt.

Unos (injekcija) - unošenje manjinskih nosilaca naboja propusno polariziranim PN-spojem.

Prijenos (transport) - prijenos manjinskih nosilaca naboja kroz neutralno područje.

Sabiranje (kolekcija) - na drugom nepropusno polariziranom PN-spoju

Tranzistori s efektom polja otpori su u kojima jakost struje u volumenu poluvodiča ili

gustoća nosilaca naboja u površinskom sloju poluvodiča ovisi o vanjskom električnom polju.

4. Nacrtati električki simbol NPN i PNP tranzistora. Označiti sve struje i napone.

str. 147.(slika 5.3)

5. Na koje se sve načine može spajati NPN tranzistor?

Spoj zajedničke baze Spoj zajedničkog emitera Spoj zajedničkog kolektora

6. Koji sve načini rada tranzistora postoje prema polarizaciji emiterskog i kolektorskog

spoja?

Normalno aktivno područje (NAP) emiter- propusna, kolektor- nepropusna

Zasićenje emiter- propusna, kolektor- propusna

Zapiranje emiter- nepropusna, kolektor- nepropusna

Inverzno aktivno područje (IAP) emiter- nepropusna, kolektor- propusna

7. Nacrtati tehnološki presjek NPN tranzistora. Označiti emiter, bazu i kolektor. Na

skici presjeka planarnog tranzistora označiti aktivan dio.

str.149. (slika 5.5b).

8. Nacrtati energetske pojase tranzistora, označiti osiromašena područja i smjerove

električnog polja za normalno aktivno područje rada NPN tranzistora.

str.150.(slika 5.6b).

9.-11.

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

IPE - šupljinska komponenta struje emitera.

10. Koje su komponente bazne struje?

IR - struja rekombinacije.

11. Koje su komponente kolektorske struje?

INC – elektronska komponenta struje kolektora.

ICB0 – reverzna struja zasićenja kolektorskog spoja.

12. 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

13. 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.

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

;0

E

CBC

I

II

15. 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

pojačalo, a struja kolektora je uvijek manja od struje emitera za iznos struje baze pa je

istosmjerni faktor strujnog pojačanja uvijek manji od jedan ( < 1, npr. 0,997). te spoj ZB

nema strujnog pojačanja.

16. 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.

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

- - - -

18. Kako je definiran istosmjerni faktor strujnog pojačanja za spoj zajedničkog

emitera?

0

0

CBB

CBC

II

II

1 β- istosmjerni faktor strujnog pojačanja u spoju zajedničkog

emitera.

19. 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.

20. Skicirati raspodjelu manjinskih nosilaca naboja u difuzijskom području baze pri

normalnom aktivnom području rada, zasićenju i zapiranju.

str.158. (slika 5.13)

21. 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: 11

NE

R

NE

RNE

NE

C

I

I

I

II

I

I

22. Kako faktor djelotvornosti emitera ovisi o tehnološkim parametrima tranzistora?

Ovisi o uvrštavanju elektronske i šupljinske struje emitera u izraz za faktor djelotvornosti:

1

PENE

NE

E

NE

II

I

I

I

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

model?

str.164. (slika 5.15).

Niska injekcija, zanemareno rekombiniranje i generiranje nosilaca

naboja u osiromašenim područjima, zanemareni sekundarni efekti, zanemaren otpor

neutralnog područja emitera,baze i kolektora.

24. 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.

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

modela tranzistora.

str.162 (5.40a, 5.40b)

26. Definirati parametre Ebers – Mollova modela. Kako se oni dobivaju mjerenjem?

str.163(tablica 5.3)

27. 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.

28. 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)

29. Nacrtati izlazne I-U karakteristike u spoju zajedničke baze? Označiti na

11

T

CBCSI

T

EBESCIIENEIENE

U

UI

U

UIIIIII expexp

11

T

CBCS

T

EBESNCIENNCICNC

U

UI

U

UIIIIII expexp

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 < 0Ž

ZAS- 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).

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

str.169. (slika 5.22)

31. 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?

str.171. (slika 5.24)

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).

32. Nacrtati ulazne I-U karakteristike u spoju zajedničkog emitera?

str.172. (slika 5.25)

33. 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

34. 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.

35. Što je posljedica nehomogenosti baze?

Posljedica nehomogenosti baze je pojava ugrađenog električnog polja usmjerenog od

kolektora prema emiteru (NPN tranzistor). Drift u području baze.

36. 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.

37. 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.

38. Nacrtati ovisnost faktora strujnog pojačanja u spoju zajedničke baze o struji IE.

str.179. (slika 5.32)

39. 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)

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

180. str. 5.34. 41. Opisati strujna ograničenja u radu tranzistora.

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 zgušnjavanje

(lokalizacija) strujnog toka uz rub emitera. Zgušnjavanje strujnog toka lokalno

zagrijavanje neispravan rad tranzistora uništenje.

42. 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 M 1 (budući da je 1, to se događa već kod malih iznosa M, dakle

na nižim naponima) - prevladava lavinska multiplikacija!

43. Kako temperatura utječe na ulazne karakteristike tranzistora?

44. 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).

45. Opisati toplinski bijeg u bipolarnom tranzistoru.

Toplinski bijeg 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 samouništenje!.

46. 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) nelinearna ovisnost struje

o naponu.

Režim malog signala - promjene izmjeničnog signala oko statičke radne točke vrlo male (kao

u pojačalu) nelinearna karakteristika se može linearizirati tranzistor u linearnom režimu

rada (za izmjenični signal postaje linearna elektronička komponenta).

47. 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 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!

48. 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

49. 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)

50. Prema definiciji struja i napona četveropola izraziti ovisnost ulaznog napona i

izlazne struje, o ulaznoj struji i izlaznom naponu.

IZL

konst.IZL

ULUL

konst.UL

UL ddd

ULIZL

uu

ui

i

uu

IU

UL

IZL

konst.IZL

IZLUL

konst.UL

IZLIZL ddd

ULIZL

uu

ii

i

ii

IU

51. 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

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.

52. 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

IZL I

UL

UL konst./ 0ZL

i

U u

uh

i

UL

UL

IZL konst./ 0UL

r

I i

uh

u

IZL I

IZL

UL konst./ 0ZL

f

U u

ih

i

UL

IZL

IZL konst./ 0UL

o

I i

ih

u

53. Nacrtati Earlyjev nadomjesni sklop. Koje fizikalno značenje imaju elementi tog

sklopa?

54. Kako glase h-parametri takvoga sklopa?

ulazni dinamički otpor hib

faktor povratnog djelovanja hrb

faktor strujnog pojačanja hfb

izlazna dinamička vodljivost hob

55. Pomoću nadomjesnog sklopa za spoj zajedničkog emitera i h-parametara za spoj

zajedničke baze, naći h-parametre za spoj zajedničkog emitera.

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

57. Objasniti načelo mjerenja h-parametara.

Mjerenje h-parametara prema uvjetima za izmjenične signale (kratko spojeni izlaz uizl = 0 ili

uz otvoren ulaz iul = 0 )

58. 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 -nadomjesni (Giacolettov)

sklop čiji se svi elementi:

• mogu se izračunati iz h-parametara i

• imaju izravnu vezu s fizikalnim pojavama u tranzistoru!

59. Pokazati vezu između otpornih elemenata Π nadomjesnog sklopa i h-parametara.

Veza niskofrekvencijskih (otpornih) elemenata hibridnog -nadomjesnog sklopa i h-

parametara

60. 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 - 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!

61. 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:

hfbhfbfe

fe

T ffh

hf

10

10

62. Što je frekvencija fT?

Frekvencija fT na kojoj je hfe=1 naziva se frekvencijom širine pojasa strujnog pojačanja

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

fhfb, fT i fhfe

64. 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.

65. 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 tranzistor manje u zasićenju to je i njegovo vrijeme isključivanja (prelazak iz

zasićenja u zapiranje) kraće.

66. 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.

67. 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.

6.

1. 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.

2. 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

3. Skicirati presjek spojnog FET-a. Označiti područje uvoda S, odvoda D i

upravljačke elektrode G i kanala.

4. 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.

5. Na kojem je naponu UGS najširi kanal N-kanalnog spojnog FET-a?

Kanal N-kanalnog FET-a je najširi kada je napon UGS=0.

6. Na kojem se naponu UGS prekida kanal N-kanalnog spojnog FET-a?

Kanal N-kanalnog FET-a se prekida kada je napon UGS= -Up.

7. 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.

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

Izraz za struju spojnog FET-a: DS

p

GS

D UU

UGI

2

1

01

-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.

9. 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.

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

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

utjecaj?

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).

12. Definirati dinamičke parametre i nacrtati nadomjesni spoj FET-a.

Dinamički parametri:

gm= .konstUu

iGS

GS

D

strmina (prijenosna vodljivost)

.1

konstUu

ig

rGS

DS

Dd

d

izlazna dinamička provodnost

μ=gm∙rd faktor naponskog pojačanja

13. Kako je definirana izlazna dinamička vodljivost?

Izlazna dinamička vodljivost gd je predstavljena nagibom izlaznih karakteristika.

14. 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).

15. Objasniti princip rada MESFET-a.

Konstantna otpornost n 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!!).

16.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 tipa

MOSFET 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!!

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

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-MOSFETa osiromašenog tipa

ID =f(UGS)UDS = konst

Simbol i prijenosna karakteristika P-MOSFETa osiromašenog tipa

18. 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 praga

MOSFET 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!!

19. Kako uz razne iznose vanjskog napona dolazi do akumulacije, osiromašenja i

inverzije idealnog

MOS kondenzatora?

MOS struktura u neravnoteži (U < 0) – akumulacija

MOS struktura u neravnoteži (U > 0) – osiromašenje

MOS struktura u neravnoteži (U >> 0) – inverzija

20.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

1m)

21.Kako je definiran napon praga?

Utn=UGS - uDSzas Utn=фms-Qi/Ci-Qd/Ci+2ρF

22.Kako kapacitet idealne MOS strukture ovisi o naponu?Koje se kapacitivnosti ovdje

pojavljuju?

CTS i CTD - kapaciteti osiromašenih slojeva

CRS i CRD - kapaciteti zbog preklapanja metalizacije upravljačke elektrode G i

difuzijskog ¸ područja uvoda D

23. Kako razlika radova izlaza utječe na napon praga? Što je napon ravnih pojasa?

24. Kako naboj na spoju oksid-poluvodič utječe na napon praga?

tnGSin UUCQ

25. Izvesti izraz za struju MOSFETA-a? Nacrtati U-I karakteristiku

U-I- izlazne karakteristike

Izlazna karakteristika obogaćeni N-MOSFET Izlazne karakteristike osiromašeni

N-MOS FET

ID =f(UDS)UGS = konst. ID =f(UDS)UGS = konst.

26. Kako se definira napon zasićenja?

tnGSDS UUU zas

27. 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

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

29. 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 području

i to u okolici nule gdje se MOS tranzistor ponaša kao linearni otpor.

30. Kako podloga utječe na napon praga?

tako da se spoje

produžetci izlaznih

napona UGS

Ld

WK

ox

sns

Povećanje apsolutnog iznosa

napona podloge povećanje

rezultantnog napon praga Utn.

22

tnGSD UUK

I zas

31. Nacrtati nadomjesni sklop za MOSFET i ucrtati parazitne kapacitete

32. 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.

7.

1.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).

2. Što je fotootpornik? Koji su njegovi karkteristični parametri?

Fotootpornici - poluvodička zamjena za vakuumske fotoćelije

Osnovni parametri fotootpornika:

- vodljivost u tami,

- osjetljivost na svjetlosnu pobudu,

- spektralna osjetljivost,

- prag osjetljivosti i

- brzina odziva na svjetlosnu pobudu.

3. Objasniti fotonaponsku pretvorbu u PN spoju. Koje je uvjete treba zadovoljiti da bi

do nje došlo?

Neosvijetljena nepropusno polarizirana PN-dioda teče samo reverzna struja

zasićenja IS , posljedica drifta manjinskih nosilaca kroz PN-spoj

IS je generacijska struja termički generirani manjinski nosioci prenose se na drugu

stranu PN-spoja pod djelovanjem električkog polja osiromašenog sloja.

Nadomjesni spoj na visokim frekvencijama

CTS i CTD - kapaciteti osiromašenih slojeva

CRS i CRD - kapaciteti zbog

preklapanja metalizacije upravljačke

elektrode G i difuzijskog područja

uvoda D

Osvijetljena nepropusno polarizirana PN-dioda (izložena djelovanju fotona)

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/ EG

4. Na koja se dva načina može koristiti fotodioda?

- fotodioda

- sunčeva ćelija

5. Što je sunčeva ćelija?

Sunčeva ćelija - izravna pretvorba optičke energije Sunca u električnu energiju.

6. Što je faktor popunjenja kod sunčeve ćelije?

Faktor popunjenja = mjera za uspoređivanje sunčevih ćelija 1ks

pop UI

UIF mm

7. O čemu ovisi djelotvornost sunčeve ćelije?

ho

mmm

maksAW

UI

P

P

opt

8. Koje su uobičajene izvedbe sunčevih ćelija?

-Ćelije od polikristaličnog silicija

-Ćelija od amorfnog silicija

9. Što su fotodetektori?

To su fotodiode koje mjenjaju vrem. promjenjive optičke u vrem. promj. električne

signale

10. Objasniti razliku fotodetektora s osiromašenim slojem i PIN fotodetektora

Fotodiode s osiromašenim slojem - generiranje para elektron-šupljina uglavnom u

osiromašenom području

Širina 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 < EG - fotoni nisu apsorbirani,

hc > EG - fotoni apsorbirani ali u blizini površine gdje je

učestalost

rekombinacije vrlo velika.

11. Što su lavinske fotodiode i kada se koriste?

Lavinska fotodioda- rade u području lavinskog proboja.

koristi se za detekciju optičkog signala vrlo niskog intenziteta

12. Koji je princip rada fototranzistora?

simbol fototranzistora:

- o površinska gustoća protoka fotona u poluvodiču kod

monokromatske svjetlosti valne duljine - A površina sunčeve ćelije - Wh srednja vrijednost energije fotona iz sunčevog spektra

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

13. Zašto je fototranzistor osjetljiviji od foodiode?

prema izrazu IE = Iopt+βIopt = (1+β)Iopt fototranzistor je (1+β) puta osjetljiviji od

fotodiode

14. Nabrojati i opisati vrste luminiscencije

Luminiscencija - svojstvo nekog materijala da emitira svjetlost = proces "hladne"

emisije (za

razliku 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.

15. Objasniti injekcijsku luminiscenciju kod svjetleće diode (LED)

Simbol LED-ice

16. Objasniti princip rada optoizolatora

simbol i način polarizacije optoizolatora

17. 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/=E2–E1

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

emisije

LED-laser?

U radijacijskom polju fotona energije hc/ istodobno su prisutna tri procesa:

a) stimulirana emisija - proporcionalna trenutnom broju elektrona n2 na gornjoj

energetskoj razini E2 i gustoći energije stimulirajućeg polja .

b) apsorpcija fotona - proporcionalna populaciji elektrona donje razine n1 i gustoći

energije

razdvajaju se ulazne i izlazne komponente

(izor i detektor svijetlosti) i povezuju

optočkom vezom preko prozirnog

izolacijskog spoja

stimulirajućeg polja .

c) spontana emisija - učestalost proporcionalna samo populaciji gornje razine n2.

Stacionarno stanje: populacije n2 i n1 su konstantne apsorp = spont + stim

19. Što je populacijska inverzija kod PN- lasera?

Za stim >> spont (stimulirana emisija fotona veća apsorpcije fotona)

populacijsku inverziju - n2 > n1

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 razinama

Koncentracija elektrona injektiranih u području populacijske inverzije u P-tip

poluvodiča i šupljina injektiranih u N-tip poluvodiča, mnogo je viša od ravnotežne

koncentracije.

8.

1.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

2.Što je jednospojni tranzistor? Opisati njegov rad

simbol:

3. Kako u njegovoj I-U karakteristiki nastaje područje negativnog otpora?

4. Kako izgleda struktura diodnog tiristora?

Osnovna struktura i koncentracija primjesa diodnog tiristora :

Jednospojni 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.

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

5. Objasniti njegovu karakteristiku! Zašto je takva komponenta prikladna za izvedbu

elektroničke

sklopke?

Simbol i I-U karakteristika diodnog tiristora

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

7.Što je dvotranzistorska analogija diodnog tiristora?

8. 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

9.Koje osiromašeno područje određuje napon proboja tiristora u nepropusnoj

polarizaciji?

unutarnj

i tiristor

simbol:

Ih - (engl holding current) struja držanja

Uh - (engl holding voltage) napon

držanja

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

proboj

nepropusna

polarizacija

vođenje

područje negativnog

otpora

propusna

polarizacija

tiristor (PNPN) se prikaže kao spoj

PNP i NPN tranzistora

M - koef. lavinske multiplikacije

1

pr

1

1

k

AK

U

U

M

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

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