Celem wykładu jest przedstawienie:

• działania tranzystora bipolarnego

• polaryzacji i zakresów pracy tranzystora

• konfiguracji połączeń

• zależności opisujących prądy w tranzystorze

• punktu pracy tranzystora

• obszaru pracy bezpiecznej

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA– Jakub Dawidziuk czwartek 20 kwietnia 2023

Tranzystory - cele wykładu

Trójkońcówkowy półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolność wzmacniania sygnału elektrycznego. Nazwa tranzystor pochodzi z angielskiego zwrotu "transfer resistor", który oznacza element transformujący rezystancję.

Tranzystor

Wyróżnia się dwie główne grupy tranzystorów,które różnią się zasadniczo zasadą działania:

1. Tranzystory bipolarne, w których prąd wyjściowy jest funkcją prądu wejściowego (sterowanie prądowe).

2. Tranzystory unipolarne (tranzystory polowe), w których prąd wyjściowy jest funkcją napięcia (sterowanie napięciowe).

Jakub Dawidziuk czwartek 20 kwietnia 2023

Tranzystory - rodzaje

Tranzystory (ang. TRANSISTOR = TRANSfer resISTORs)

Tranzystory bipolarne i unipolarne

BIPOLARNE (BJT – Bipolar Junction Transistor)

STEROWANE PRĄDOWO, czyli aby IC ≠ 0 musi IB ≠ 0

UNIPOLARNE (FET – Field Effect Transistor)

STEROWANE POLEM ELEKTRYCZNYM

występującym pomiędzy bramką i źródłem, czyli napięciem UGS

wytwarzającym to pole, ale IG ≈ 0

Podział

Tranzystor ze względu na swoje właściwości wzmacniające znajduje bardzo szerokie zastosowanie. Jest oczywiście wykorzystywany do budowy wzmacniaczy różnego rodzaju: różnicowych, operacyjnych, mocy (akustycznych), selektywnych, pasmowych. Jest kluczowym elementem w konstrukcji wielu układów elektronicznych, takich jak źródła prądowe, lustra prądowe, stabilizatory, przesuwniki napięcia, przełączniki, przerzutniki oraz generatory.Ponieważ tranzystor może pełnić rolę przełącznika, z tranzystorów buduje się także bramki logiczne realizujące podstawowe funkcje boolowskie, co stało się motorem do bardzo dynamicznego rozwoju techniki cyfrowej w ostatnich kilkudziesięciu latach. Tranzystory są także podstawowym budulcem wszelkiego rodzaju pamięci półprzewodnikowych

Tranzystory - zastosowania

Tranzystory

Tranzystory (ang. TRANSISTOR = TRANSfer resISTORs)

Podział

Tranzystory

PODSTAWY ELEKTRONIKI – Jakub Dawidziuk 20 października 2006

Symbol graficzny tranzystora bipolarnego npn

Budowa tranzystora bipolarnego npn

Symbol graficzny tranzystora bipolarnego pnp

Zastosowania tranzystorów

Zastosowania tranzystorów: łącznik

Zastosowania tranzystorów: wzmacniacz

Łącznik tranzystorowy (npn)

Łącznik tranzystorowy (pnp)

„Tranzystorowy człowiek”

Tranzystor bipolarny (BJT) npn – układy połączeń

Tranzystor bipolarny (BJT) pnp – układy połączeń

Rozróżnia się cztery stany pracy tranzystora bipolarnego:•stan zatkania (odcięcia): złącza BE i CB spolaryzowane są w kierunku zaporowym, •stan nasycenia: złącza BE i CB spolaryzowane są w kierunku przewodzenia, •stan aktywny: złącze BE spolaryzowane w kierunku przewodzenia, zaś złącze CB zaporowo, •stan aktywny inwersyjny (krócej: inwersyjny): BE zaporowo, CB w kierunku przewodzenia (odwrotnie niż stanie aktywnym).

Stan aktywny tranzystora jest podstawowym stanem pracy wykorzystywanym we wzmacniaczach; w tym zakresie pracy tranzystor charakteryzuje się dużym wzmocnieniem prądowym (kilkadziesiąt-kilkaset).Stany nasycenia i zaporowy stosowane są w technice impulsowej, jak również w układach cyfrowych.Stan aktywny inwersyjny nie jest powszechnie stosowanych, ponieważ ze względów konstrukcyjnych tranzystor charakteryzuje się wówczas gorszymi parametrami niż w stanie aktywnym (normalnym), m.in. mniejszym wzmocnieniem prądowym.

Stany pracy tranzystora

Obszary pracy tranzystora npn

Tranzystor bipolarny – zasada działania

http://www.eres.alpha.pl/elektronika/readarticle.php?article_id=7

O, już słyszę ten jęk: "Ale czy to w ogóle można zrozumieć ?!" No cóż, po wykonaniu wielu doświadczeń (na ludziach) jestem skłonny twierdzić, że można. Oczywiście nie od razu w całej pełni, rozumienie wszystkich subtelnych zjawisk zachodzących w tranzystorach to przywilej nielicznych, ale większość zainteresowanych elektroniką może opanować tę sprawę na tyle, żeby opracowywać własne układy. Tylko nie trzeba zaczynać od strasznie dłuuugich wzorów z baaardzo mądrych książek. Spróbujmy zacząć od dość ważnego, a zwykle pomijanego stwierdzenia: tranzystor nie działa, jakby to rzec, sam z siebie. Działa, kiedy konstruktorzy technolodzy dołożą odpowiednio wielu starań, żeby działał. Właściwie tak samo jest ze wszystkimi rzeczami: np. rower daje się używać, kiedy kółka obracają się na kulkowych łożyskach, a nie są np. przyspawane do ramy. Dlatego nie jest tak, że wystarczy sklecić ze sobą trzy warstwy półprzewodnika o odpowiednich przewodnościach i już będzie tranzystor.

Ciąg dalszy pod poniższym adresem:

Aby tranzystor znajdował się w stanie normalnej pracy to muszą być spełnione następujące warunki:

•dla tranzystora npn potencjał kolektora musi być wyższy od potencjału emitera, •dla tranzystora pnp potencjał kolektora musi być niższy od potencjału emitera, •„dioda” baza-emiter musi być spolaryzowana w kierunku przewodzenia, a „dioda” kolektor-baza w kierunku zaporowym, •nie mogą zostać przekroczone maksymalne wartości IC, IB, UCE, moc wydzielana

na kolektorze IC· UCE, temperatura pracy czy też napięcie UBE.

Jeżeli tranzystor jest w stanie normalnej pracy czyli spełnia powyższe warunki to z dobrym przybliżeniem prawdziwą jest zależność, którą warto zapamiętać:

gdzie hFE jest współczynnikiem wzmocnienia prądowego nazywanego również betą.

Współczynnik ten może przyjmować wartości od 50 do 300A/A dla tego samego typu tranzystora, a więc nie jest dobrym parametrem na którym można opierać parametry projektowanego układu.

IC=hFE· IB=·IB

npn pnp

Tranzystor pracujący w układzie wzmacniacza. Złącze kolektor-baza jest spolaryzowane zaporowo (bateria EC), natomiast złącze baza-emiter

w kierunku przewodzenia (bateria EB)

Elektrony wprowadzane z emitera do bazy stają się tam nośnikami mniejszościowymi i drogą dyfuzji oddalają się od złącza emiterowego. Część tych elektronów łączy się z dziurami, których w bazie jest bardzo dużo (obszar p). Wszystkie elektrony, które dotrą w pobliże złącza kolektor-baza są unoszone do obszaru kolektora. Dla niedużej szerokości obszaru p (bazy) praktycznie wszystkie elektrony wstrzykiwane przez emiter do bazy dotrą do kolektora. Bardzo ważnym jest aby strata elektronów w bazie była jak najmniejsza.

Rozpływ prądu w tranzystorze npn. Ponieważ złącze baza-emiter jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia to istnieje przepływ dziur z obszaru p do obszaru n oraz przepływ elektronów z obszaru n do obszaru p.

Charakterystyki tranzystora

Charakterystyka wyjściowa tranzystora, która przedstawia zależność prądu kolektora IC od napięcia

kolektor-emiter UCE przy doprowadzonym napięciu

wejściowym baza-emiter UBE. Zauważmy, że:

• powyżej pewnego napięcia prąd kolektora prawie nie zależy od napięcia UCE,

• do wywołania dużej zmiany prądu kolektora IC

wystarczy mała zmiana napięcia baza-emiter UBE.

Punkt, w którym następuje zagięcie charakterystyki wyjściowej nazywany jest napięciem nasycenia kolektor-emiter UCEsat.

Prąd kolektora IC jest tu

funkcją napięcia baza-emiter UBE.

Charakterystyka ta ma charakter wykładniczy. Dla tranzystora współczynnik korekcyjny m jest praktycznie równy jeden i wzór opisujący charakterystykę przejściową można z dobrym przybliżeniem przedstawić jako:

Charakterystyki U-I tranzystora npn w konfiguracji OE

UCEsat - parametr katalogowy,podawany przy określonej wartości

IC oraz IB.

nasyceniazakresiew

C

CECE I

Ur

sat

UCEsat = 0,2 ÷2V

Tranzystorymałejmocy

Tranzystorymocy

Charakterystyki wyjściowe tranzystora npn (przykłady OB i OE)

OB OE

Tranzystor bipolarny w konfiguracji OE – obszary pracy

przekroczenie grozi uszkodzeniem

Parametry graniczne tranzystora

UCE0max - maksymalne dopuszczalne

napięcie kolektor-emiter

UEB0max - dopuszczalne napięcie

wsteczne baza-emiter

UCB0max - dopuszczalne napięcie

wsteczne kolektor-baza

ICmax - maksymalny prąd kolektora

IBmax - maksymalny prąd bazy

Pstrmax - maksymalna dopuszczalna

moc strat

Parametry tranzystora BC 211

Parametry tranzystora BC 211