2

2. Tranzistoare bipolare

2.1. Clasificare. Tipuri de tranzistoare bipolare.

Definiie

Tranzistoarele sunt dispozitive semiconductoare active ce ndeplinesc condiiile necesare amplificrii, alternativ dopate. Denumirea de tranzistor vine de la transfer- rezistor, respectiv rezisten de transfer. ClasificareDup tipul de purttori de sarcin ce contribuie la funcionarea lor, exist dou tipuri de tranzistoare:

Tranzistoare bipolare ( la care intervin n funcionare att electroni ct i goluri)

Tranzistoare unipolare ( la care intervin n funcionare electroni sau goluri)

Tranzistoarele bipolare sunt de dou tipuri :

Tranzistoare cu jonciuni ( cu dou jonciuni) (prescurtat TB sau BJT)

Tranzistor unijonciune (TUJ)

Tranzistorul bipolar este format dintr-un monocristal de germaniu sau siliciu , n care se creeaz prin impurificare trei regiuni alternativ dopate.

Cele trei regiuni se numesc astfel:

EMITOR (E) - emite purttori fiind, o zon puternic dopat.

COLECTOR (C) colecteaz cea mai mare parte a purttorilor de sarcin emii de emitor

BAZA (B) - controleaz trecerea purttorilor de la emitor la colector, fiind o zon foarte subire, dopat slab cu impuriti de alt tip dect zonele alturate

n funcie de regiunile ce alctuiesc tranzistorul cu jonciuni exist dou tipuri de tranzistore : Tranzistoare pnp ( emitorul i colectorul de tip p, iar baza de tip n) Tranzistoare npn ( emitorul i colectorul de tip n, iar baza de tip p)Obs. Sensul sgetii ce prezint curentul de emitor indic i tipul tranzistorului

Tab 2.1.1.Structura i simbolurile tranzistoarelor bipolare Tipul tranzistoruluiStructura fuzicReprezentarea convenional

Tranzisorul pnp

Tranzistorul npn

Regimurile de funcionare ale tranzistoarelor bipolareDup felul polarizrilor aplicate celor dou jonciuni ale unui tranzistor, se pot deosebi patru regimuri de funcionare :

Regumul activ normal : - jonciunea emitorului polarizat direct

- jonciunea colectorului polarizat invers

Regimul de saturaie - jonciunea emitorului polarizat direct

- jonciunea colectorului polarizat direct

Regimul de blocare - jonciunea emitorului polarizat invers

- jonciunea colectorului polarizat invers

Regimul activ invers - jonciunea emitorului polarizat invers

- jonciunea colectorului polarizat directRegumul activ normalEste regimul care este folosit n amplificare i n care sunt valabile ecuaiile tranzistorului.

Prima ecuaie fundamental a tranzistorului exprim condiia de conservare a sarcinii electrice

IE = IB + ICunde IE este curentul de emitor, IB este curentul de baz, iar IC este curentul de colector.

A doua ecuaie fundamental a tranzistorului exprim componena curentului de colector i are dou forme :

IC = IE + ICBO i IC = IB + ICEO

unde - ICBO i ICEO sunt cureni reziduali

- - factor de amplificare n curent din emitor n colector

( =0,9 - 0,99 ) - - factor de amplificare n curent din baz n colector

( are valori ntre 10 i 1000 ) =

EMBED Equation.3 Regimul de saturatie n acest regim

tensiunea UCE are valori mici 0,2V 0,3V

curentul ce trece prin tranzistor are valori mari dar mai mici dect n regimul activ normal

EMBED Equation.3 tranzistorul prezint o rezisten de ieire foarte mic

tranzistorul poate fi considerat comutator nchis ( scurtcircuit)Regimul de blocaren acest regim

tensiunea UCE este foarte mare , dependent de tensiunea de alimentare

curenii care circul prin tranzistor sunt mici ( cureni reziduali)

tranzistorul prezint o rezisten de ieire foarte mare

tranzistorul se comport ca un comutator deschis ( adic o ntrerupere n circuit)Regimul activ invers

n acest regim emitorul i colectorul i inverseaz rolurile , colectorul injecteaz purttori de sarcin n baz i emitorul le colecteaz. Este un regim mai mult folosit n comutaie. Tipuri de conexiuni Un tranzistor bipolar privit ca un cuadripol poare avea trei tipuri de conexiuni :

emitor comun ( EC)

Mrimile de intrare sunt (IB,UBE) iar cele de ieire (IC, UCE)

baz comun (BC)Mrimile de intrare sunt (IE,UEB) iare cele de ieire (IC, UCB) colector comun (CC)Mrimile de intrare sunt (IB,UBC) iare cele de ieire (IE, UEC)

Tab.2.1.2.Conexiunile tranzistorului bipolarConexiunea BCConexiunea CCConexiunea EC

2. Tranzistoare bipolare 2.2. Date de catalog . TB)

Marcare.

Date de catalog : parametrii specifici, mrimi limitParametrii specifici

UCEsat - tensiunea de saturaie colector emitor

hFE, - factorul de amplificare n curent continuu, reprezint raportul dintre componentele continue ale curenilor de colector i de baz.

fT frecvena de tranziie

ICBO curentul rezidual Mrimi limit

Parametrii principali ce limiteaz funcionarea tranzistorului sunt :

Tj - temperatura maxim a jonciunii

PDmax - puterea disipat maxim, este dat n anumite condiii specificate.

ICM - curentul de colector maxim

UCEOtensiunea de strpungere colectoremitor cu baza n gol, este tensiunea la care curentul de colector crete peste o valoare stabilit , baza fiind neconectat. Marcarea Marcarea se face printr-o succesiune de litere i cifre imprimate pe capsula tranzistorului . Exist foarte multe coduri pentru marcarea tranzistoarelor , dar cele mai utilizate sunt :

l

Aspect fizic Tipuri de capsule

Fig.2.2. Tipuri de capsule pentru tranzistoare bipolare

Utilizri

Tranzistorul bipolar este unul dintre cele mai utilizate dispozitive semiconductoare i este folosit aproape n toate circuitele electronice de baz:

n amplificatoarele electronice

ca element de reglare sau aplificator de eroare n stabilizatoarele electronice

n circuite de protecie

ca i comutator comandat

n oscilatoare

n circuite basculante

n generatoare de tensiuni liniar variabile

n circuite logice realizate cu componente discrete

Defecte specifice Pentru practic este important posibilitatea de verificare a tranzistoarelor cu ohmetrul. O jonciune fr defect prezint o rezisten neglijabil dac este polarizat direct i o rezisten foarte mare dac este polarizat invers.

O jonciune scurtcircuitat prezint rezisten neglijabil n ambele sensuri, iar

o jonciune ntrerupt are, pentru ambele sensuri, o rezisten infinit. 3. Tranzistoare unipolare

Clasificare. Tipuri de tranzistoare unipolare. DefiniieTranzistoarele cu efect de cmp (numite uzual TEC sau FET Field Effect Transistor ) sunt dispozitive electronice a cror funcie se bazeaz pe modificarea conduciei unui canal semiconductor sub influena unui cmp electric. Deoarece conducia electric este determinat de un singur tip de purttori i anume purttorii majoritari, tranzistoarele cu efect de cmp se mai numesc i tranzistoare unipolare. Clasificare

Exist trei categorii de tranzistoare cu efect de cmp :

Tranzistoare cu poart jonciune (prescurtat TEC - J)

Tranzistoare cu poart izolat ( prescurtat TEC-MOS)( M-metal, O- oxid , S-semiconductor)

Tranzistoare cu substraturi subiri

Tranzistoarele cu efect de cmp sunt preferate fa de tranzistoarele bipolare datorit urmtoarelor proprieti :

ca dispozitive comandate n tensiune TEC prezint impedan de intrare foarte mare

TEC pot fi utilizate ca rezistene comandate n tensiune i ocup n tehnologie integrat o arie mai mic dect rezistena echivalent,

TEC au o arie mic n raport cu tranzistoarele bipolare, rezult de aici avantaje pentru fabricarea circuitelor complexe ( memorii,microprocesoare, etc)

nivel de zgomot redus

liniaritate bun a circuitului

dependena de temperatur mai redus a caracteristicilor

Tranzistorul cu efect de cmp este un dispozitiv cu trei terminale active, fiind format din urmtoarele domenii : canalul, sursa, drena, poarta i substratul.

Canalul este o regiune semiconductoare a crei conductibilitate poate fi comandat i prin care circul curentul tranzistorului cu efect de cmp.

Drena (D) este regiunea semiconductoare ctre care migreaz purttorii de sarcin majoritari, prin canal.

Sursa (S) - este regiunea semiconductoare din care i ncep migraia lor purttorii de sarcin majoritari, n interiorul canalului.

Poarta (G sau P) - este o regiune semiconductoare sau metalic, care este folosit pentru comandarea intensitii curentului prin canal.

Substratul (B) este un domeniu pasiv, pe care se construiete tranzistorul cu efect de cmpMarcare

Marcarea se face printr-o succesiune de litere i cifre imprimate pe capsula diodei . Exist foarte multe coduri pentru marcarea tranzistoarelor , dar cele mai utilizate sunt :

Aspect fizic ( Tipuri de capsule)

Fig 3.1. Tipuri de capsule pentru TEC-J

Date de catalog : valori limit, parametrii specificiValori limitUGS tesiunea dintre surs i gril ( TEC-J care nu sunt protejate n interior pot fi distruse uor prin depirea tensiunii directe pe jonciunea gril - surs)

Ca orice dispozitiv semiconductor i la TEC depirea limitelor admise ale tensiunilor de alimentare sau polarizare duce la distrugere.

UDS tensiunea dren- surs

ID curentul de dren, este curentul de dren la UGS i UDS specificate, aproape de blocare.Pd puterea disipat maxim care este specificat pentru o temperatur ambiant de 25

Parametrii specifici g m transconductana direct, este panta tranzistorului la variaii de semnal mic a TEC

rDS rezistena dren surs, este rezistena ntre dren i surs la UGS i ID specificateIDSS curentul de dren de saturaie, este curentul de dren la o tensiune UDS specificat.

Tranzistoare TEC-J

Fig. 3.2. Reprezentri convenionale pentru TEC-J Funcionare i utilizri Pe o anumit poriune a caracteristicii de ieire ( la UDS mici) dispozitivul se comport ca o rezisten comandat n tensiune. Ca aplicaii tipice pentru TEC-J n rol de rezisten variabil se menioneaz atenuatoarele controlate prin tensiune i circuitele pentru reglarea automat a amplificrii. La UDS mari tranzistorul TEC-J se comport fa de dren ca un generator de curent comandat de tensiunea UGS. Dac punctul de funcionare al TEC-J este stabilit pentru un curent de dren maxim IDmax, pentru o variaie destul de mare a tensiunii UDS vom obine o variaie neglijabil a lui ID. TEC-J sunt folosite i n etaje de amplificare de semnal mic la joas i nalt frecven.Tranzistoarele cu efect de cmp nu ofer ctiguri mari n tensiune ,dar ctigurile sunt foarte mari n curent i n putere. Ofer de asemenea impedan mare la intrarea amplificatorului i distorsiuni de neliniaritate reduse .

Se mai pot utiliza ca i comutatoare de semnal analogic folosite n circuite de eantionare i memorare sau multiplexarea i demultiplexarea semnalelor analogice .

Observaie: Aceste dispozitive nu acoper ns domeniul de aplicaii la puteri mari. Acest domeniu este rezervat tranzistoarelor bipolare i TEC- MOS de putere.

Tranzistoare TEC- MOSEste un dispozitiv electronic bazat pe conducia curentului electric la suprafaa semiconductorului. Proprietile conductive ale suprafeei semiconductorului sunt controlate de un cmp electric aplicat printr-un electrod izolat de semiconductor (poarta)

Fig.3.3. Reprezentri convenionale pentru TEC-MOS

Simbolurile prezentate sunt pentru tranzistoare cu substratul conectat intern la surs. Tranzistoarele cu substratul accesibil au patru terminale :G;D;Si B, iar n simbol baza nu este conectat la surs.Funcionare i utilizri TEC-MOS sunt foarte mult utilizate n realizarea circuitelor integrate n special n circuite digitale . Ele sunt utilizate att ca dispozitive active ct i ca rezistene sau capaciti . Circuitele integrate cu TEC-MOS pot fi produse cu un nivel mare de complexitate la preuri de cost reduse. Creterea gradului de integrare prin micorarea dimensiunilor duce la reducerea capacitilor parazite i la creterea vitezei de lucru. O aplicaie important a tranzistorului TEC MOS este inversorul CMOS . Acesta face parte dintr-o familie de circuite care utilizeaz tranzistoare cu simetrie complementar . Avantajul principal al familiei CMOS este consumul de putere foarte mic. Inversorul CMOS poate fi utilizat i ca amlificator de semnal mic. Pot fi folosite i n comutaie, un circuit CMOS important fiind comutatorul bilateral pentru semnale analogice, DefecteUn dezavantaj al TEC-MOS este marea fragilitate fa de apariia unor tensiuni accidentale pe poart. Sarcini extrem de mici pot determina tensiuni de ordinul sutelor care pot distruge tranzistorul . Din aceast cauz la utilizarea TEC-MOS trebuie luate precauii speciale de punere la mas a tuturor elementelor cu care iau contact ( mna operatorului, ciocanul de lipit) .

Pentru a evita distrugerea componentelor MOS

pinii acestora vor fi scurtcircuitai printr-un fir conductor pn dup introducerea n circuit toate intrrile neutilizate vor fi conectate la mas , la ES sau la ED utilizatorul va evita folosirea n mbrcminte a unor materiale care favorizeaz acumularea de sarcini electrice este indicat folosirea unei brri metalice prin care mna operatorului s fie conectat la potenialul de referinTrebuie precizat c unele dispozitive MOS sunt prevzute cu circuite de protecie ncapsulate. Asemnri ntre TEC-J i TEC - MOS

ambele sunt comandate n tesiune

au curentul de intrare mic ( la TEC-MOS ID = 10A)

impedan de intrare foarte mare ( la MOS 10 - 10

EMBED Equation.3 )

frecvena de lucru foarte mare

dependen mic de temperatur

Obsevaii. TEC-MOS sau TB ?

Zgomotul tranzistoarelor TEC-MOS este destul de mare i ca urmare nu sunt adecvate aplicaiilor unde nivelul semnalului este mic.TB n general sunt mai performante dect TEC, au transconductana mai mare i comportarea cu frcvena mai bun de aceea sunt preferate n multe aplicaii. La puteri mari ns , tranzistorul TEC-MOS are o mai bun liniaritate dect TB. De asemenea , comutatoarele cu TEC-MOS au o comutaie rapid n comparaie cu TB, care are o semnificativ ntrziere datorit intrrii n saturaie. Preul de cost mai ridicat al tranzistoarelor TEC-MOS face ca alegerea ntre cele dou tranzistoare s nu fie uoar.

Sistemul european

Exemplu: B C 107 A

indicaii diverse

materialul de baz numrul de serie

funcia de baz

C tranzistor de JF de mic putere

D - tranzistor de JF de putere

S - tranzistor de comutaie de mic putere

Sistemul american

Exemplu : 2 N 3333

Structura numrul de identificare

1 - diod

2 - tranzistor

3 MOSTEC

4 dispozitiv optoelectronic

Natura

Sistemul european

Exemplu: B F 245 A

indicaii diverse

materialul de baz numrul de serie

funcia de baz

C tranzistor de JF de mic putere

D - tranzistor de JF de putere

S - tranzistor de comutaie de mic putere

F - tranzistor de . F. de mic putere

Sistemul american

Exemplu : 3 N 4091

Structura numrul de identificare

1 - diod

2 - tranzistor ,tiristor Natura

3 dispozitiv cu patru electrozi

(MOSTEC )

4 dispozitiv optoelectronic

Tranzistoare TEC-J reprezentri convenionale

TEC-J cu canal n

TEC-j cu canal p

TEC-MOS

cu canal indus

cu canal iniial

de tip n

de tip n

de tip p

de tip p

PAGE 3

_1303366454.unknown

_1303366467.unknown

_1303366500.unknown

_1303387533.unknown

_1303366482.unknown

_1302899771.unknown

_1302990266.unknown

_1302990311.unknown

_1302990332.unknown

_1302990045.unknown

_1302899602.unknown