Bipolarni tranzistorModeli tranzistora, Erlijev efekat,
PNP tranzistor
Polarizacija i radna tačka
2
Polarizacija i radna tačka
3
• Polarizacijom bipolarnog tranzistora određujemo radnu tačku, tačku na prenosnoj karakteristici u kojoj mala promena napona na emitroskom spoju dovodi do velike promene struje kolektora.
• Radna tačka tranzistora određena je jednosmernim naponima polarizacije VBE, VCE i struje IC.
Polarizacija i radna tačka
4
Polarizacija i radna tačka
5
Transkonduktansa
6
dIgdV
Cm
BE
exp 1VI IV
BE
C ST
expI IVgV V V
S CBE
mT T T
Transkonduktansa
7
• Transkonduktansa zavisi od radne tačke tranzistora.• Pojačanje je proporcionalno transkonduktansi.• Transkonduktansa je proporcionalna struji kolektora, veća
transkonduktansa (samim tim i pojačanje) zahteva veću snagu generatora koji napaja kolo.
Jednostavni model bipolarnog tranzistora
8
Jednostavni model bipolarnog tranzistora
9
Jednostavni model bipolarnog tranzistora
10
Jednostavni model bipolarnog tranzistora
11
Jednostavni model bipolarnog tranzistora
12
Model bipolarnog tranzistora za velike signale
13
• Model je ispravan samo ako je tranzistor u aktivnoj oblasti (emitorski spoj direktno polarisan, kolektorski inverzno polarisan).
• Ovaj model se zove model bipolarnog tranzistora za velike signale.
• Signal Vul može biti proizvoljan• Model je nelinearan.
Primer
14
16S
C E ul 0 CE
10 A, =100, 100 , 800mV, 3V
II I R V V V
βΩ
Primer
15
0 BE E BE CV V I R V I R
Primer
16
CBE T
S
C0 T C
S
ln
ln
IV VI
IV V I RI
Model bipolarnog tranzistora za male signale
17
• Signal v(t) je superponiran jednosmernom naponu V0, promena napona VBE je mala (Vm<<V0):
BE 0 0 m sinωV V v t V V t
Model bipolarnog tranzistora za male signale
18
BE BEC S S
T T
0 0C S S
T T
0S
T
T
mC
T
mC C0
T
exp 1 exp
exp exp exp
sinωexp
exp sinω
exp
V VI I IV V
V v t v tVI I IV V V
V tI
V
V
I
IV V
IV
t
Model bipolarnog tranzistora za male signale
19
• Tejlorov (Taylor) razvoj eksponencijalne funkcije u okolini nule:
• Za male vrednosti argumenta x:
2 3 4
0
e 1 ...! 2! 3! 4!
ix
i
x x x xxi
1
e 1x
x
x
Model bipolarnog tranzistora za male signale
20
• Sinusna funkcija je manja ili jednaka jedinici, ukoliko je Vm<VT, imamo:
T
C0
CC
m
T
m
C0 C0C
0
C0 C0
C
m T
mT T
exp sinω
1 sinω
sinω
I
tI
I
I
I
V tV
V t
V
V VV
I IV t vV
I
I
Model bipolarnog tranzistora za male signale
21
• Količnik kolektorske struje i napona VT je transkonduktansatranzistora u radnoj tački M:
• Kolektorska struja je:
C0m
T
IgV
C
C0 C0m m mC sinωi t
II g V t g v tI
Model bipolarnog tranzistora za male signale
22
C
C0 C0m m mC sinωi t
II g V t g v tI
Superpozicija
Model bipolarnog tranzistora za male signale
23
C
C0 C0m m mC sinωi t
II g V t g v tI
Veliki signali (polarizacija)
Signali malih amplituda
• Model za velike signale – poznati parametri IS, β.• Izračunava se IC0.
Model za velike signale
24
Model za male signale
25
• Kolektorska struja
Model za male signale
26
C0C m m
T
, Ii t g v t gV
• Struja baze
Model za male signale
27
C mB π π B
m
,i t gi t v v i t
gβ
β β
• Otpornost emitorskog spoja
Model za male signale
28
π π B πm
,v r i t rgβ
Model za male signale
29
C0 Tm π
T C0
,I Vg rV I
β
• Parametri modela za male signale gm i rπ se izračunavaju na osnovu vrednosti kolektorske struje u jednosmernom režimu, IC0, koja se izračunava primenom modela za velike signale.
• Naponski generatori velikih signala predstavljaju kratak spoj, strujni generatori velikih signala prekid u kolu za male signale.
• Veliki signali se obeležavaju velikim slovima: IC0, VBE,… Mali signali se obeležavaju malim slovima iC, iB, vπ,…
Model za male signale
30
• Erlijev efekat, nazvan po J. M. Early-u, je promena efektivne širine baze u bipolarnom tranzistoru usled promene napona između baze i kolektora.
• Veći napon inverzno polarisanog kolektorskog spoja povećava širinu osiromašene oblasti kolektorskog spoja, smanjujući tako širinu baze koja provodi naelektrisanja.
Erlijev (Early) efekat
31
Erlijev (Early) efekat
32
Erlijev (Early) efekat
33
AE – površina emitorskog spojaWB – širina oblasti bazeNB – koncentracija akceptora u bazi
BE BEC S S
T T
exp 1 expV VI I IV V
2E e n
SB B
iA q n DIW N
B1 B2 S1 S2 C1 C2W W I I I I
Erlijev (Early) efekat
34
CEBEC S
T A
exp 1 VVI IV V
• Model za velike signale
Erlijev (Early) efekat
35
Model za male signale• Bipolarni tranzistor je polarisan, postignuta je odgovarajuća
radna tačka.• Prilikom promene napona između dva priključka (VCE), napon na
drugim (VBE) ostaje konstantan.• Modelovanje efekata elementima kola.
Erlijev (Early) efekat
36
Erlijev (Early) efekat
37
dIgdV
Cm
BE
CEBEC S
T A
exp 1 VVI IV V
exp 1I V IVgV V V V
S CE CBE
mT T A T
Erlijev (Early) efekat
38
• Odnos struja baze i kolektora je nepromenjen, β.
Tπ
m C
Vrg I
ββ
CB
IIβ
Erlijev (Early) efekat
39
C CBES
CE T A A
1expdI IVIdV V V V
CEBEC S
T A
exp 1 VVI IV V
Ao
C
VrI
Erlijev (Early) efekt
40
C0 T Am π o
T C0 C0
, ,I V Vg r rV I I
β
PNP tranzistor
41
Struktura PNP bipolarnog tranzistora
42
Poprečni presek
Režimi rada PNP tranzistora
43
Naponi Emitorski Kolektorski RežimVBE<0, VCB<0 direktno inverzno aktivna oblast
VBE<0, VCB>0 direktno direktno zasićenjeVBE>0, VCB<0 inverzno inverzno zakočenjeVBE>0, VCB>0 inverzno direktno inverzna aktivna o.
Tranzistorski efekat – aktivan režim
44
CB CE BE 0V V V
Model za velike signale
45
Model za male signale
46
C0 T Am π o
T C0 C0
, ,I V Vg r rV I I
β