Diploma

PAGE

1. Tranzistorul bipolar.

1.1. Parametrii de baz ai tranzistorului KT601A.

Tranzistor bipolar de tip n-p-n, fabricat prin metoda difuziei, de putere medie i frecven nalt se folosete n circuite de generare i amplificare din aparatajul radioelectronic.

Masa tranzistorului nu mai mult de 3 grame.

Parametrii electrici:

Parametrii electrici:

1.Coeficientul de transfer dup curent n schema emitor comun: h21E =162. Tensiunea colector-baz: UCB=20 V

3. Curentul colectorului maxim: ICmax=0,3 A4. Capacitatea jonciunii colectorului: CC=15 pF

5. Capacitatea jonciunii emitorului: CE=20 pF 6. Frecvena de tiere: ft=40 MHz

7. Curentul de scurgere a colectorului: ICB0 .500 (A

8. Puterea maxim: Pmax=0,5 W

9. Temperatura de funcionare: T=233....358oK

1.2.Tehnologia de fabricare a tranzistorului KT601A.

Tranzistorul este un dispozitiv avnd o structur de tip n-p-n sau p-n-p, la care regiunea din mijloc, adic baza trebuie s fie foarte subire i puin dotat cu impuriti. Se consider a nota cu E-emitorul, cu B-baza i C-colectorul.

Difuzia este procesul cu ajutorul cruia pe suprafaa sau n interiorul plachetei semiconductoare primim p sau n regiuni prin metoda introducerii impuritilor acceptoare sau donoare. Ptrunderea impuritilor n interiorul plachetei semiconductoare are loc din cauza difuziei atomilor, care se afl n componena vaporilor n atmosfera crora este introdus placheta la temperatur nalt. Deorece atomii de impuriti difundeaz din regiunea cu concentraie nalt cu vitez determinat de coeficientul de difuzie, atunci concentraia mai mare a impuritilor se obine la suprafaa semiconductorului. Cu mrirea distanei de la suprafa spre interiorul semiconductorului concentraia impuritilor monoton se micoreaz. Jonciunea p-n apare n regiunea unde concentraia purttorilor de sarcin este aproape de cea pe care o are materialul fr impuriti. Din cauza repartiiei neuniforme a impuritilor pe grosimea regiunii primit prin difuzie are cmp electric propriu.

Diferena dintre mrimile coeficientului de difuzie la materiale diferite este folosit pentru primirea simultan a dou regiuni de diferit tip de electroconductibilitate. Pentru Ge coeficientul de difuzie a impuritilor donoare este cu cteva ordine mai mare dect coeficientul de difuzie a impuritilor acceptoare, iar n Si se observ o imagine invers. De aceea dac placheta semiconductorului este plasat ntr-un spaiu cu temperatur nalt a gazului ce conine vapori de impuriti att donoare, ct i acceptoare. Atomii impuritilor cu coeficient de difuzie mare vor ptrunde mai adnc n interiorul semiconductorului i vor forma regiune cu electroconductibilitate respectiv. Atomii de impuriti cu coeficient de difuzie mai mic vor forma n apropierea suprafeei semiconductorului regiune cu electroconductibilitate de tip opus. Cu toate acestea e necesar ca concentraia impuritilor cu coeficient mic de difuzie s fie mai mare dect concentraia cu coeficient mare. Calitatea procesului de difuzie la fabricarea jonciunilor depinde mult de precizia i de meninerea temperaturii necesare. De exemplu la temperatura 10001200(C schimbarea ei cu cteva grade poate modifica de dou ori valoarea coeficientului de difuzie.

Difuzia n dou etape este folosit pentru micorarea influienei instabilitii temperaturii la calitatea dispozitivelor semiconductoare, primite prin metoda difuziei. La prima etap pe suprafaa plachetei semiconductoare la temperatur relativ joas se primete o pelicul de sticl. La a doua etap placheta semiconductoare este plasat ntr-o sob cu temperatur nalt, n care difuzia impuritilor are loc din pelicula de sticl spre interiorul plachetei, iar pe suprafaa semiconductorului rmne o pelicul dielectric de oxid. Difuzia n dou etape este procesul des folosit la introducerea impuritilor de B n Si. n calitate de surs de impuriti se folosete oxidul de bor (B2O3). nclzind placheta i B2O3 n atmosfera de hidrogen, pe suprafaa ei se primete un strat de borosilicat. nclzirea plachetei pn la temperaturi nalte aduce la difuzia borului din stratul de sticl n interiorul plachetei. Cu toate acestea suprafaa este acoperit cu SiO2, care este un dielectric. n acest fel prin difuzia n dou etape are loc dozarea introducerii impuritilor din startul de sticl n semiconductor.

Pentru fabricarea tranzistorului KT601A, care este de tip n-p-n, se folosete metoda de difuzie planar. Din punct de vedere constructiv dispozitivele planare sunt caracterizate cu aceea c toate straturile sunt realizate pe una i aceeai parte a plachetei, deaceea i electrozii sunt plasai pe aceeai parte.

Masca n form de oxid de siliciu SiO2, o primim prin metoda oxidrii termice a suprafeelor de siliciu, care posed urmtoarele proprieti:

1. Masca de oxid este legat organic cu suprafaa plachetei, avnd un contact trainic cu ea, ceea ce exclude ptrunderea difuzorului n locul dintre masc i suprafa.

2. Grosimea mtii de oxid (aproximativ un micron) este destul pentru aprarea prilor respective a plachetei mpotriva atomilor ce difuzeaz.

3. Stratul d oxid n acelai timp cu funcia de mascare ndeplinete i funcia de aprare (nseamn i a n-p jonciunii, care iese la suprafa) de la influiena diferitor factori externi. n cazul, tehnologiilor de aliere i mesa pentru asta este nevoie de a folosi metode speciale de protecie.

Ciclul de fabricare planar a tranzistorului n-p-n este ilustrat n figura 1. Se ea o plachet din Si tip-n, care n structura rezultant joac rolul de colector. Pe aceast plachet peste prima masc de oxid se efectuiaz difuzia acceptorului (de obicei bor) i se primete stratul p al bazei. Apoi peste a doua masc se face difuzia donorilor (de obicei fosfor) astfel primim stratul emitorului. n sfrit cu ajutorul celei de-a treia mti de oxid se conecteaz contactele omice din aluminiu la toate cele trei straturi i n continuar esunt lipite la aceste contacte srmulie subiri care joac rolul de piciorue ale tranzistorului.

n varianta considerat placheta este aleas cu o rezisten destul de mare, pentru a asigura o tensiune de strpungerea a jonciunii colectorului necesar. SiO2

a)

b)

) E B C

b)

1.3. Caracteristica de intrare i ieire pentru tranzistorul KT601A.Caracteristica de intrare IB=f(UBE) pentru UCE=const. n conexiunea EC normal curentul de baz este dat de relaia:

Relaia de mai sus pune n eviden c asemnarea caracteristicii de intare este aceeai ca i la conexiunea BC, cu observaia c reprezentarea se face la o alt scar. Pentru valori mici ale tensiunii de polarizare direct a jonciunii emitorului, caracteristica de intrare apare n cadranul IV ntruct n circuitul bazei predomin curentul rezidual ICB0. La tranzistoarele din siliciu, curentul rezidual este foarte mic, astfel nct caracteristica de intrare se poate considera c trece prin origine.

Caracteristica de ieire a tranzistorului bipolar KT601.

1.4. Scheme echivalente ale tranzistorului bipolar (BC, EC, CC).Conectare emitor comun.

Tranzistorul este un dispozitiv cu trei terminale (borne) i poate fi conectat n circuit dup unul din montajele fundamentale (BC, EC, CC); montajele fundamentale sunt denumite i conexiuni fundamentale.

Vom analiza mai detaliat schema de conectare n emitor comun care are cea mai larg utilizare n practic:

Aceast conectare are urmtoarea schem echivalent:

Din schema echivalent rezult urmtorii parametri:

- rezistena de intrare n etaj

; (1) ; (2)

nlocuind n (1) pe Iin cu Ib i pe Uin cu valoarea ei din (2) obinem:

; (3)

Conectare baz comun.

Pentru aceast conectare se poate prezenta urmtoarea schem de conectare:

Conectare colector comun.

Coeficientul de transfer dup curent reprezint raportul dintre curentul emitorului i curentul bazei:

Proprietatea cea mai de pre a conexiunii n colector comun este rezistena de intrare foarte joas. Datorit rezistenei de intrare reduse tranzistorul n conexiunea colector comun este echivalent unui generator de tensiune care se schimb neesenial la variarea rezistenei de sarcin (bineneles pn cnd rezistena de sarcin nu depete cu mult rezistena de ieire a generatorului).

1.5. Modelul matematic al tranzistorului.

Pentru a obine modelul matematic al tranzistorului se utilizeaz schema prezentat n fig. 1. Fiecare jonciune este prezentat n form de o diod simpl, iar interaciunea dinre ele este reprezentat prin dou generatoare de curent. Dac jonciunea emitorului este deschis atunci n circuitul colectorului va curge un curent, puin mai mic ca curentul emitorului (din cauza procesului de recombinare n baz). Acest curent este obinut de ctre generatorul de curent . Indicele N reprezint conectarea normal sau direct. Deoarece n caz general tranzistorul poate fi conectat i indirect, la care jonciunea colectorului este deschis iar cea a emitorului este nchis, astfel rezult c curentului colector i corespunde curentul emitorului, n schema echivalent este introdus al doilea generator de curent , unde - coeficientul de transfer al curentului emitorului.

n aa fel curenii emitor i colector n caz general conin dou componente: cea injectat (sau ) i cea colectat (sau ):

(1)

Jonciunile emitor i colector sunt analogice jonciunii p-n a diodei. La conectarea aparte a jonciunilor tranzistorului atunci caracteristica Volt-Amper se determin la fel ca n cazul diodei. ns dac la una din jonciuni se aplic o tensiune, iar ieirea cealeilalte jonciune se scurtcircuitez, atunci curentul, care trece prin jonciunea p-n, la care a fost aplicat tensiunea, se mrete din cauza schimbrii concentraiei purttorilor minoritari de sarcin n baz.

(2)

unde - curentul termic al jonciunii emitorului msurat la scurtcircuitarea electrozilor bazei i colectorului; - curentul termic al jonciunii colectorului msurat la scurtcircuitarea electrozilor bazei i emitorului.

Legtura dintre curenii termici a jonciunilor , conectai aparte, i curenii termici a jonciunilor o primim din relaiile (1) i (2). S presupunem c , atunci . Cnd Substituim aceste relaii n (1) i obinem pentru curentul colectorului urmtoarea ecuaie

Respectiv pentru avem

Lund n consideraie relaia (2) vom avea urmtoarele relaii pentru curenii colector i emitor:

(3)

Pe baza legii lui Kirghoff curentul bazei este:

(4)

La utilizarea relaiilor (1)-(4) trebuie de reinut c n tranzistoare la general este valabil relaia:

(5)

Rezolvnd ecuaia (3) n raport cu , vom boine:

(6)

Aceast ecuaie descrie caracteristicile de ieire ale tranzistoarelor.

Dac ecuaia (3) se rezolv n raport cu atunci se obine relaia care reprezint caracteristicile idealizate de ieire ale tranzistorului:

(7)

n tranzistorul real n afar de curenii termici ale jonciunilor mai sunt i curenii de generare-recombinare, cureni de canal i de scurgere. Deaceea de regul sunt necunoscute.

Dac jonciunea p-n este polarizat indirect atunci curentul termic poate fi nlocuit cu curentul de scurgere, adic putem considera c i . Prima aproximare poate fi utilizat i la polarizarea direct. Cu toate acestea la tranzistorii de siliciu trebuie substituit prin , unde coeficientul

m reprezint influiena curenilor asupra unei jonciuni reale (). Utiliznd aceasta, relaiile (3) i (5) adesea se scriu n alt forma care este mai comod la calcularea parametrilor circuitelor cu tranzistori reali:

(8) (9)

(10)

unde .

Se deosebesc trei regime de baz de funcionare a tranzistorilor bipolari: activ, de blocare i de saturaie.

n regimul activ una din jonciunile tranzistorului este polarizat direct datorit tensiunii aplicate din exterior, iar cealalt este polarizat indirect. Astfel n regim de polarizare normal activ emitorulu este polarizat direct iar tensiunea din relaiile (3) i (8) are semnul +. Jonciunea colectorului este polarizat indirect respectiv tensiunea n relaia (3) are semnul -. La conecatrea inversoare a tranzistorului n ecuaiile (3) i (8) tensiunea i trebuie s aib polaritate opus. Deosebirea dintre regimul inversor i cel activ are numai caracter cantitativ.

Pentru regimul activ, cnd i relaia (6) o vom scrie n forma urmtoare , care corespunde absolut cu relaia (1) din punctul anterior.

Lund n consideraie c deobicei i ecuaia (7) poate fi simplificat:

(11)

n acest mod, ntr-un tranzistor ideal curentul colector i tensiunea emitor-baz la o anumit valoare a curentului nu depind de tensiunea alpicat la jonciunea colector. n realitate la modificarea tensiunii se modific lrgimea bazei, din cauza schimbrii dimensiunilor jonciunii colector i respectiv se modific gradientul concentraiei purttorilor minoritari de sarcin. Astfel la mrirea are loc micorarea bazei, gradientul concentraiei golurilor n baz i curentul se mresc. n afar de aceasta, se reduce probabilitatea de recombinare a golurilor i se mrete coeficientul . Pentru menionarea acestui efect, care apare mai pronunat n regimul activ, n relaia (11) se adaug nc un termen:

(12)

unde - rezistena diferenial a jonciunii colectorului blocat.

Aciunea tensiunii asupra curentului se observ cu ajutorul coeficientului de reacie negativ n tensiune:

, (13)

care arat de cte ori trebuie schimbat tensiunea pentru primirea aceleiai schimbri a curentului . Semnul minus arat c pentru meninerea curentului creterea tensiunii trebuie s aib polaritate opus. Coeficientul este destul de mic (), deaceea la calcule practice deobicei se exclude influiena tensiunii colectorului asupra cea a emitorului.

n regim de blocare ambele jonciuni sunt polarizate indirect de ctre tensiunile aplicate din exterior. Modulul tensiunilor trebuie s ntreac valoarea . Dac aceste tensiuni vor fi mai mici atunci tranzistorul va rmne n regim de blocare. ns curenii electrozilor vor fi mai mari, ca n regim de blocare puternic.

innd cont, c tensiunea i au semn negativ, i avnd n vedere c i , relaia (8) devine:

(14)

Substituind n (14) valoarea , gsit din (9), i nlocuind A prin valoarea sa, obinem:

(15)

Dac inem cont de faptul c iar atunci expresia (15) se va simplifica esenial i va avea forma:

(16)

unde

Din (16) se vede c n regimul de blocare curentul colector are valoarea minim care este egal cu curentul unei monojonciuni polarizate indirect. Curentul emitorului are semn opus i esenial mai mic ca curentul colector, aa cum . Deaceea n multe cazuri el se consider egal cu zero.

Curentul bazei n regim de blocare aproximativ este egal cu curentul colector:

. (17)

Acest regim caractreizeaz starea de blocare a tranzistorului, n care rezistena sa este maxim, iar curenii electrozilor sunt minimi. Regimul este utilizat n dispozitivele de impulsuri, unde tranzistorii funcioneaz n regim de cheie electronic.

n regim de saturaie ambele jonciuni ale tranzistorului sunt polarizate direct datorit tensiunii aplicate din exterior. Astfel cderea de tensiune pe tranzistor () este minim iar valoarea lui este de zeci de milivoli. Regimul de saturaie apare atunci cnd curentul colector al tranzistorului este limitat de ctre parametrii sursei de alimentare i de schema n care este amplasat, unde el nu ntrece o valoare maxim . n acelai timp parametrii semnalului de intrare luat astfel nct curentul emitorului este esenial mai mare ca valoarea curentului din reeaua colectorului: .

Atunci jonciunea colectorului este deschis, cderea de tensiune pe tranzistor este minimal i nu depinde de curentul emitorului. Mrimea ei la conectare normal pentru un curent mic este egal cu:

. (18)

Pentru conectarea inversoare:

(19)

n regim de saturaie ecuaia (12) devine fals. Deoarece pentru trecerea tranzistorului din regimul activ n regimul de saturaie este necesar de mrit curentul emitorului (la conectare normal) n aa mod nct s se ndeplineasc condiia . Iar valoarea curentului , la care se ncepe acest regim, depinde de curentul care este determinat de parametrii circuitului n care este amplasat tranzistorul. 1.6. Ridicarea parametrilor de baz a tranzistorilor

Dup cum a mai fost menionat, tranzistorul este un dispozitiv electronic cu dou jonciuni p-n ce intreacioneaz ntre ele avnd trei sau mai multe borne de ieire, fenomenele de amplificare ale crora sunt determinate de fenomenele de inijecie i extracie ale purttorilor de sarcin. n fig. 1 sunt prezentate ilustrarea schematic (a) i grafic (b) a tranzistorului de tip p-n-p distribuia concentraiei purttorilor de sarcin minoritari de-a lungul structurii n stare de echilbru (c).

Cunoatem c tranzistorul este constituit din trei regiuni: emitor (E), baz (B) i colector (C). Jonciunea ce se creaz la frontiera E-B este numit jonciunea emitorului, iar cea de la frontiera C-B jonciunea colectorului. Electroconductibilitatea bazei poate fi de tip-p sau de tip-n. Respectiv, sunt dou tipuri de structur a tranzistorului bipolar: p-n-p i n-p-n.

Principiul de funcionare al tranzistorilor de tip p-n-p i n-p-n este acelai. Deosebirea const numai n aceea, c n tranzistorul de tip p-n-p curentul ce curge prin baz este creat de golurile, injectate din emitor, iar n tranzistorul de tip n-p-n de electroni. n regim normal de funcionare jonciunea emitorului este polarizat direct, iar a colectorului indirrect.

Dac jonciunile colectorului i emitorului se afl la distan mai mare ntre ele (adic, dac grosimea bazei este mai mare ca lungimea de difuzie), atunci purttorii, injectai de emitor, nu vor ajunge la colector, ci vor recombina n regiunea bazei.

Un atare sistem din dou jonciuni p-n se comport la fel ca i dou diode semiconductoare, cuplate n serie. Caracteristica volt-amper (C.V.A.) a jonciunii emitorului prezint ramura direct a caracteristicii diodei, iar a jonciunii colectorului cea invers. Proprietatea unic a tranzistorului const anume n interaciunea acestor dou jonciuni.

n fig. 2 este prezentat distribuirea curenilor n structura tranzistorului bipolar (a), repartizarea potenialului de-a lungul tranzistorului (b) i a purttorilor de sarcin neechilibrai n baz (c) pentru diferite valori ale curentului emitorului.

La cuplarea tensiunii colectorului are loc decalarea invers a jonciunii colectorului i n circuitul colectorului curge un curent de valoare redus. Acest curent este numit curent de scurgere al jonciunii colectorului i se noteaz . Curentul invers al colectorului (parametru foarte important al tranzistorului) prezint n sine curentul prin jonciunea colectorului la tensiunea dat, cnd circuitul este decuplat.

Cuplarea tensiunii la emitor duce la decalarea direct a jonciunii emitorului i apariia curentului emitorului , care este detrminat de curentul de difuzie.

Curentul de difuzie al emitorului posed dou componente: curentul electronilor i golurilor:

.

Contnd, c la tranzistor baza este srac n purttori de sarcin majoritari (electroni), iar regiunea emitorului posed o concentraie nalt a purttorilor de sarcin majoritari (goluri), componenta golurilor n emitor este cu mult maimare ca cea a electronilor: .

Componenta electronilor se scurtcircuiteaz n circuitul bazei i nu particip la crearea curentului colectorului. Difuzia electronilor din baz n emitor se compenseaz cu parvenirea unui flux de noi electroni n baz din circuitul exterior. Acest lucru determin mrimea i direcia componentei electronilor din curentul emitorului.

Pentru circuitul bazei este componenta principial a curentului bazei. Relaia:

este numit eficacitatea emitorului.

Componenta golurilor a curentului emitorului se determin prin trecerea golurilor din emitor n baz. Golurile,injectate n baz, sub aciunea difuziei ce tinde s egaleze concentraia pe ntreg volumul bazei, se deplasseaz n direcia colectorului. Din cauz c cmpul electric n baz este relativ mic, se poate considera, c deplasarea golurilor din emitor n colector are loc exclusiv din contul difuziei. La injectarea necontenit () n baz se stabiliete o bistribuie corespunztoare a concentraiei golurilor, ceea ce determin trecerea lor prin baz. Apropiindu-se de jonciunea colectorului, polarizat indirect, golurile, fiind purttori de sarcin minoritari, trec din baz n colector, mrind ca rezultat curentul colectorului. Deoarece trecerea golurilor din baz n colector este fr obstacole, concentraia lor la frontiera BC este egal cu zero.

Dac vom mri valoarea decalajului direct al jonciunii emitorului, atunci concentraia golurilor la emitor va crete, iar la colector va rmne ca mai nainte egal cu zero.

n rezultat crete gradientul concentraiei i, ca urmare, crete curentul de difuzie al golurilor spre colector. O cantitate de goluri, traversnd baza, recombin cu electronii de conductibilitate, ce aduce la mrirea numrului de electroni, parvenii n baz din circuitul exterior. Aceasta condiioneaz mprirea curentului golurilor n dou componente:

,

unde este componenta de recombinare a curentului emitorului ce coincide dup direcie cu ; - componenta curentului emitorului, ce curge n circuitul colectorului.

La confecionarea tranzistorilor bipolari baza se face subire i srac n purttori de sarcin majoritari, iar suprafaa jonciunii colectorului de vreo cteva ori mai mare dect cea a emitorului. Din aceste considerente:

.

Mrimea raportului:

se numete coeficient de transfer. Din cele de mai sus urmeaz, c la tranzistori mrimea , la fel ca i , este aproximativ egal cu unitatea. De aceea mrimea:

,

se numete coeficient static integral de transfer al curentului emitorului i, de asemenea este aproximativ egal cu unitatea. Acest coeficient indic a cta parte din curentul emitorului curge n circuitul colectorului.

Legea I-a a lui Kirghhoff, aplicat la tranzistor, ne da egalitatea:

unde

Utiliznd relaia (7), obinem:

Destul de des este utilizat coeficientul static integral de transfer al curentului bazei :

S analizm acum caracteristicile statice ale tranzistorului bipolar cuplat n baz comun. n fig. 3 este prezentat familia de caracteristici statice de intrare i ieire ale tranzistorului, cuplat n BC.

Caracteristica de intrare, cnd (caracteristica nul) este asemntoare cu caracteristica unei diode obinuite, cuplate la polarizare direct. La alimentarea jonciunii colectorului cu tensiune negativ caracteristica de intrare decaleaz n stnga. Aceasta ne indic prezena n tranzistor a legturii inverse interne. Legtura apare din cauza rezistenei bazei.

n schema BC rezistena bazei este comun pentru circuitele de intrare i ieire. Fie c atunci pe emitorul tranzistorului ideal care dirijeaz curentul jonciunii:

La mrirea tensiunii pe colectorul tranzistoruluise mrete i n afar de aceasta se micoreaz , fiindc la mrirea tensiunii colectorului semicoreaz limea bazei tranzistorului. Din aceste considerente tensiunea , aplicat la emitor, la mrimea la fel se mrete. Acest fapt explic creterea curentului emitorului i decalajul n stnga al caracteristicii de intrare a tranzistorului cuplat n BC.

Caracteristicile de ieire prezint dependenel cnd Dei tensiunea pe colector este negativ, caracteristicile sunt trasate, de regul, n coordonate pozitive. Caracteristica nul prezint o caracteristic simpl a diodei semiconductoare polarizate indirect. La mrirea curentului emitrului caracteristica se schimb.

E cunoscut, c la apariia curentului emitorului curentul colectorului se mrete cu valoarea . Curentul poate fi modelat ca un curent suplimentar al jonciunii colectorului. Din aceste considerente pe baza (11), unde , putem afirma, c oriice caracteristic de ieire a tranzistorului cuplat n BC prezint caracteristica diodei semiconductoare cu un decalaj , adic:

.

Analizm acum caracteristicile static pentru cuplarea tranzistorului bipolar n schema emitor comun. n fig. 4 sunt prezentate C.V.A. statice de inttrare i ieire pentru tranzistorul cuplat cu EC. Calitativ ele sunt similar cu cele pentru BC.

Caracteristica de intrare la tensiunea colectorului, egal cu zero, trece prin punctul i i difer de caracteristica diodei semiconductoare doar prin mrimea curentului, deoarece curentul bazei este mai mic dect curentul prin jonciune (). La tensiuni negative caracteristicile au un decalaj la drreapta i n jos. Acest decalaj poate fi explicat n felul urmtor. Fie, c tensiunea pe jonciunea emitorului este constant. Atunci la fel constant va fi i concentraia golurilor n apropierea emitorului. Mrimea provoac micorarea limii bazei, adic micorarea numrului de goluri ce se gsesc n baza tranzistorului. Din aceast cauz procesul de recombinare a purttorilor de sarcin n baz este redus. Findc electronii care i-au parte la procesul de recombinare trec prin borna bazei, curentul bazei se micoreaz. Ca rezultat caracteristicile au un decalaj n dreapta.

S explicm acum decalajul caracteristicilor n jos. La i tensiune negativ pe jonciunea colectorului concentraia golurilor n baz este mai joas, fiindc la frontiera cu jonciunea colectorului eat este nul, iar la frontier cu jonciunea emitorului este egal cu concentraia de echilibru. Din aceste considerente n regiunea bazei procesul generrii termice este mai rapid dect prcesul de recombinare. Electronii generai n baz pleac din ea prin borna bazei, iar aceasta nseamn, c apare curentul ndreptat spre baza tranzistorului.

Creterea curentului colectorului cu mrimea valorii este dirijat de micorarea limii bazei. Coeficientul de tranziie, adic i coeficientul de transfer, al curentului emitorului crete. Coeficientul de transfer pentru curentul bazei n schema cu emitor comun .2. Tranzistorul cu efect de cmp.2.1. Parametrii de baz ai tranzistorului K301.

Tranzistorul cu efect de cmp este fabricat prin metoda planar, cu p-n jonciune, cu gril izolat i canal de tip p. Tensiunea pe dren pozitiv comparativ cu sursa, iar pe gril negativ. Masa tranzistorului nu mai mult de 1,5 grame.

Parametrii electrici:

1.Curentul dren: ID =5 mA2. Curentul grilei: IG=0,3 nA3. Panta caracteristicii de transfer: S=1 ( A(V4. Capacitatea de intrare: C11S=3,5 pF 5. Capacitatea de trecere: C12S=3,5 pF 6. Puterea maxim: Pmax=200 mW

7. Temperatura de funcionare: T=233....358oK

2.2. Tranzistoarele cu efect de cmp (generaliti).Tranzistoarele cu efct de cmp (TEC) sunt dispozituvele electronice a cror funcionare se bazeaz pe modificarea conductanei unui canal semiconductor sub influiena cmpului electric.

Deplasarea purttorilor mobili de sarcin are loc, n canal, sub influiena tensiunii aplicate ntre doi electrozi numii dren i surs, plasai la cele dou capete ale canalului.

Sursa desemneaz electrdul prin care purttorii mobili de sarcin ptrund n canal, iar drena, electrodul prin care purttorii mobili de sarcin sunt evacuai din canal.

Conform celor de mai sus, sensul deplasrii purttorilor mobili de sarcin este de la surs spre dren. n anumite condiii sensul deplasrii purttorilor mobili de sarcin se inverseaz, fr ca funcionarea tranzistorului s fie influienat.

Multe tranzistoare simetrice nu-i schimb proprietile dac drena i sursa se inverseaz.

Tiplu p sau n al materialului semiconductor din care este fcut canalulu determin tipul purttorililor mobili de sarcin, goluri, respectiv electroni i mprirea tranzistoarelor cu efect de cmp n TEC cu canal p i cu canal n.

Modificarea conductanei canalului se realizeaz cu ajutorul cmpului creat de o tensiune de comand aplicat unui al treilea electrod numit gril sau poart.

Conductana canalului depinde de seciunea canalului i de numrul purttorilor mobili de sarcin din canal.

Deoarece fenomenul conduciei electrice este determinat numai de un singur tip de purttori i anume de purttorii majoritari din canal, tranzistoare cu efect de cmp se mai numesc i tranzistoare unipolare.

Clasificarea i simbolurile utilizate pentru tranzistoarele cu efect de cmp sunt prezentate n fig. 1.

Tranzistoarele cu efect de cmp se pot mpri n dou grupe. Din prima grup fac parte TEC a cror funcionare se bazeaz pe modificarea seciunii efective a canalului.

Pentru a modifica seciunea efectiv a canalului se utilizeaz proprietatea regiunii de trecere a unei jonciuni p-n sau a unui contact metal-semiconductor de a-i modifica limea n funcie de tensiunea de polarizare.

TEC realizate astfel se numesc tranzistoare cu efect de cmp TECJ sau TECMS.

2.3. Tehnologia de fabricare.Pentru faricarea tranzistorului K301 se folosete metoda planar. Din punct de vedere constructiv dispozitivele planare sunt caracterizate cu aceea c toate straturile sunt realizate pe una i aceeai parte a plachetei, deaceea i electrozii sunt plasai pe aceeai parte.

Masca n form de oxid de siliciu SiO2 , o primim prin metoda oxidrii termice a suprafeelor de siliciu, care posed urmtoarele proprieti:

4. Masca de oxid este legat organic cu suprafaa plachetei, avnd un contact trainic cu ea, ceea ce exclude ptrunderea difuzorului n locul dintre masc i suprafa.

5. Grosimea mtii de oxid (aproximativ un micron) este destul pentru aprarea prilor respective a plachetei mpotriva atomilor ce difuzeaz.

6. Stratul d oxid n acelai timp cu funcia de mascare ndeplinete i funcia de aprare (nseamn i a n-p jonciunii, care iese la suprafa) de la influiena diferitor factori externi. n cazul, tehnologiilor de aliere i mesa pentru asta este nevoie de a folosi metode speciale de protecie.

n fig. 2,a este prezentat modul de realizare a unui TECJ. ntr-un cristal se realizeaz dou jonciuni p-n satfel nct ntre ele s rmn un canal ngust.

Cele dou regiuni exterioare ale jonciunilor se conecteaz n sens invers. Prin modificarea tensiunii de polarizare se modific limea regiunilor de trecere i deci seciunea efectiv a canalului.

n fig. 2,b este prezentat un TEC realizat n tehnologie planar epitaxial. Canalul este constituit din regiunea n crescut pe substratul puternic impurificat. Jonciunile gril-canal i substrat-canal delimiteaz limea canalului.

Cele dou capete ale canalului sunt contactate constituind drena i sursa. Pentru a se realiza contactele ohmice la surs i dren, nainte de depunerea metalului se realizeaz prin difuzie dou regiuni n+.

Substratul poate fi utilizat ca un al patrulea electrod de comand avnd proprieti de comand asemntoare grilei. n general grila i substratul sunt legate mpreun, constituind electrodul de comand. Dac este nevoie de nc un electrod de comand se utilizeaz tranzistoare cu dou grile de comand identice.

2.4. Procedee fizice n tranzistorul cu efect de cmp.

Tranzistorul cu efect de cmp prezint un dispozitiv electronic n care valoarea curentului de transfer este dirijat prin modulaia rezistenei canalului la aciunea tensiunii din exterior.

S-a convenit ca s se noteze cu S-sursa, D-drena, G-grila.

Tranzistorul cu jonciune p-n de sine o plachet de semiconductor care are electroconductibilitate de un anumit tip, la capetele cruia sunt realizate dou ieiri sursa i drena. De-a lungul plachetei este realizat o jonciune p-n, de la care este scoas o a treia ieire grila. Tensiunea din exterior este aplicat astfel nct ntre surs i dren curge un curent electric, iar tensiunea aplicat pe gril polarizeaz jonciunea n sens invers. Rezistena regiunii care se afl n cmpul electric al jonciunii poart denumirea de canal i depinde de tensiunea aplicat la gril, reeind din faptul c dimensiunile jonciunii se mresc la aplicarea pe ea a unei tensiuni inverse, iar mrirea tensiunii n regiunea nsrcit de purttori de sarcin aduce la mrirea rezistenei electrice a canalului. n aa fel funcionarea TEC-ului cu jonciunea p-n dirijat se bazeaz pe schimbarea rezistenei canalului din contul schimbrii dimensiunilor regiunii nsrcite de puttori de sarcin, care are loc sub influiena tensiunii inverse apicate pe gril.

Electrodul de la care ncep micarea purttorii de sarcin majoritari n canal se numete surs, iar electrodul spre care se mic purttorii de sarcin se numete dren. Dac ntr-o plachet de semiconductor, de exemplu de tip-n, sunt formate zone de electroconductibilitate de tip-p, atunci la aplicarea tensiunii pe jonciunea p-n, care o polarizeaz invers se formeaz regiuni nsrcite n purttori de sarcin majoritari. Rezistena semiconductorului ntre electrozii sursei i drenei se mrete deoarece curentul trece printr-un canal ngust ntre jonciuni. Schimbarea tensiunii gril-surs aduce la schimbarea dimensiunii zonei de sarcin spaial (dimensiunilor jonciunii p-n), adic la schimbarea rezistenei canalului. Canalul poate fi pe deplin nchis i atunci rezistena ntre surs i dren va fi foarte mare (zeci de M( ). Tensiunea dintre gril i surs la care curentul atinge valoarea cea mai mic (ID(0) se numete tensiune de blocaj a TEC-ului.

Jonciunea care separ grila de canalul dren-surs trebuie polalrizat invers pentru ca dioda pe care o constituie s fie blocat. Curenii de gril sunt n cazul unei polarizri inverse cuprini ntre 1 pA i 10 nA. Rezistena de intrare este cuprins ntre i .

Polarizarea direct a jonciunii care separ grila de canalul dren-surs trebuie evitat, deoarece ar produce o micorare nesmnificativ a regiunilor de trecere simultan cu o cretere pronunat a curentului de gril i a puterii necesare comenzii.

Tranzistorii cu efect de cmp cu regiune de trecere se caracterizeaz prin faptul c n absena unei tensiuni de comand, aplicarea unei tensiuni la capetele canalului are ca efect trecerea prin canal a unui curent relativ mare.

Modificarea conductanei canalului se face prin extinderea regiunilor de trecere adic tensiunea de comand produce o micorare a conductanei canalului i deci o micorare a curentului care trece prin canal.

2.5. Caracteristicile statice.

Caracteristicile statice ale tranzistorului cu efect de cmp reprezint modul de variaie a curentului de dren n funcie de tensiunile gril-surs i dren-surs. Cele mai utilizate caracteristici statice sunt caracteristicile de ieire i de transfer.

2.5.1. Caracteristicile de ieire.

Caracteristicile de ieire prezentate n fig. 3. reprezint dependena curentului de dren n funcie de tensiunea dren-surs pentru diferite valori ale tensiunii gril-surs.

Pentru toate tipurile de TEC caracteristicile de ieire sunt asemntoare i pot fi mprite n trei regiuni:

1. Regiunea liniar . Pentru valori mici ale tensiunii dren-surs, curentul de dren crete proporional cu tensiunea. n apropierea oridinii, caracteristicile sunt aproape liniare. n aceast regiune, tranzistorul poate ndeplini rolul de rezisten variabil sau comutator. Caracteristicile de ieire pentru valori mici ale tensiunii dren-surs sunt prezentate n fig. 8.

Se observ c sensul de trecere a curentului se poate inversa, adic drena i sursa i pot schimba rolurile.

Analiznd caracteristicile prezentate n fig. 4 se poate trage concluzia c pentru valori mici ale tensiounii dren-surs caracteristicile sunt aproximativ liniare. Deoarece caracteristicile sunt cu att mai liniare cu ct tensiunea dren-surs este mai mic, n practic se lucreaz cu valori ale tensiunii drensurs de ordinul sutelor de milivoli.

2. Regiunea de saturaie . Curentul de dren rmne aproape constant chiar la creteri relativ mari ale tensiunii dren-surs.

Separarea regiunii de saturaie de regiunea liniar se poate face aproximnd curentul de dren cu ajutorul relaiei:

.

Curentul reprezint curentul dren-surs pentru sau .

Se ia valoarea n cazul tranzistorilor care conduc n lipsa tensiunii de gril, adic TEC cu regiune de trecere i TECMIS cu canal indus.

Relaia (2) este reprezentat punctat n planul caracteristicilor de ieire.

3. Regiunea de strpungere . La tranzistorii cu efect de cmp la care substratul este conectat cu sursa, creterea tensiunii dren-surs peste o anumit valoare (deenumit tensiune de strpungere, ) produce o multiplicare n avalan a purttorilor desarcin. Fenomenul este reversibil n cazul n care creterea curentului de dren este limitat n mod corespunztor de elementele de circuit exterioare.

Din caracteristicile de ieire se poate determina rezistena dren-surs sau conductana de ieire ( respectiv ):

Pentru exemplul prezentat se obine:

.

2.5.2. Caracteristicile de transfer.

Caracteristicile de transfer reprezint variaia curentului de dren n funcie de tensiunea gril-surs pentru diferite valori ale tensiunii dren-surs.

Caracteristicile de transfer ale unui TECMIS cu canal iniial de tip n (SM103) sunt prezentate n fig. 5.

Se observ c acest tranzistor poate lucra att n regim de srcire (), ct i n regim de mbogire ().

Pentru tensiuni mici caracteristica difer, apropiindu-se pe msur ce tensiunea dren-surs crete. n regim de saturaie, datorit influienei slabe a tensiunii dren-surs, este suficient s se traseze o singur caracteristic pentru o valoare a tensiunii dren-surs mai mare dect tensiunea de saturaie.

Aceast comportare fiind comun tuturor tipurilopr de TEC caracteristicile de transfer n regiunea de saturaie se pot reprezenta ca n fig. 6.

Caracteristica de transfer n regim de saturaie poate fi aproximat cu ajutorul relaiei:

Cu ajutorul caracteristicilor de transfer se poate determina panta caracteristicii sau transconductana, definite ca:

Pentru exemplul considerat se obine:

n regim de saturaie aceast pant se poate calcula utiliznd relaia (4).

Panta S se msoar n miliamperi pe volt, avnd valori cuprinse ntre i . n cazul tranzistoarelor de mic putere, valorile sunt cuprinse ntre 0,2 i .

Caracteristica de trnsfer depinde de temperatur dup cum se vede din fig.7.

Este de remarcat faptul c exist un punct n care curentul de dren nu depinde de temperatur (aa-zisul punct Z).

Un alt parametru al tranzistorilor cu efect decmp este factorul de amplificare static, definit cu ajutorul relaiei:

2.6. Schemele echivalente a TEC-ului.Tranzistoarele cu efect de cmp pot fi utilizate n trei conexiuni:surs comun, dren comun i gril comun.

Pentru a utiliza rezistena gril-canal foarte mare (unul din principalele avantaje ale tranzistorilor cu efect de cmp ) este necesar ca grila s constituie borna de intrare.

Conexiunea cu gril comun va fi deci foarte puin utilizat.

Ca amplificator, tranzistorul cu efect de cmp lucreaz aproape tot timpul n regim de saturaie.

n cele ce urmeaz se vor analiza numai tranzistorii cu efect de cmp cu canal n. Pentru tranzistorii cu canal p rezultatele sunt valabile dac se inverseaz polaritatea surselor. Diodele i condensatorele electrolitice existente n circuit trebuie de asemenea inversate.

Conexiune surs comun. Acest circuit prezentat n fig. 8. este analog conexiunii emitor comun a tranzistorului bipolar. Deosebirea const n rezistena mare gril-canal adic n lipsa curentului de intrare.

Alegerea punctului de funcionare const n alegerea i meninerea constant a tensiunii gril-surs (uGS).Presupunnd c s-a ales o tensiune gril-surs UDS, din carasterici rezult un curent de dren ID i o tensiune dren-surs UDS .innd cont c tranzistorul lucreaz n regim saturat este valabil relaia (4). Aplicnd la intrare o tensiune sionusoidal de amplificare se poate scrie:

.

Cu ajutorul teoremei Kirchhoff aplicat circuitului dren-surs se obine relaia :

Efectund calculele se obine:

Se constat c semnalul sinusoidal este distorsionat, deoarece a aprut i armonica a doua (termenul n cos2t). Definind ca factor de distorsiune pentru armonica a doua (notat d2) raportul dintre amplitudinile celor dou armonici se obine:

.

Pentru ca acest factor s fie mai mic de 1% este necesar ca amplitudinea semnalului de intrare s satisfac inegalitatea:

considernd i se obine

Amplificarea n tensiune a semnalului este:

Dei calculul fcut este aproximativ, se poate trage concluzia c tranzistorii cu efect de cmp avnd o caracteristic aproximativ ptratic introduc distorsiuni mai mici dect tranzistorii bipolari.

Factorul de distorsiuni depinde i de punctul de funcionare, scznd odat cu micorarea tensiunii gril-surs.

Difereniind relaiile:

se obine:

innd seama de definiiile pantei i a rezistenei interne i eliminnd curentul se obine:

Amplificarea n tensiune va fi:

Cu ajutorul relaiilor (17) i (18) se poate construi circuitul echivalent pentru amplificator, prezentat n fig. 9. Circuitul din fig.9,a este valabil numai la frecvene mijlocii; n cazul frecvenelor joase i nalte este necesar s se in sema de capacitile de cuplare (fig. 9,b)i de capacitile interne ale tranzistorului (fig.9,c). Valori uzuale pentru elementele de circuit sunt date n tabelul 1.

Dou circuite de polarizare pentru conexiunea surs comun sunt prezentate n fig. 10.

n fig. 10,a curentul de dren produce pe rezistena R2 o cdere de tensiune

Circuitul se poate utiliza pentru polarizarea tranzistorilor cu efect de cmp cu regiune de trecere i a tranzistorilor cu gril izolat i canal iniial. Condensatoarele C1 i C3 sunt condensatoare de cuplaj cu generatorul i respectiv consumatorul.

Condensatorul C2 are rolul de a scurtcircuita rezistena R2, punnd la mas componenta alternativ a curentului. Pentru a-i ndeplini rolul, reactana capacitiv a condensatorului C2 la frecvena cea mai joas trebuie s fie mult mai mic dect R2:

Dimensionarea circuitului se face su ajutorul relaiilor:

Condiia (23) trebuie ndeplinit pentru a fi siguri c tranzistorul lu creaz n regim saturat. Valoarea rezistenai este limitat superior de cderea de tensiune produs de curentul de intrare. Aceasta cdere de tensiune trebuie s fie mult mai mic dect . Deoarece curentul de intrare este foarte mic (nA) valorile uzuale ale rezistenei sunt de ordinul megaohmilor.

Tranzistorii TECMIS cu canal indus de tip n necesit o tensiune de polarizare pozitiv fa de surs.

Aceast tensiune s-ar putea obine uor cu ajutorul unui divizor de tensiune ale sursei de alimentare a drenei, ns variaiile de tensiune ale sursei s-ar transmite pe gril i ar aprea la ieire amplificate.

Un mojntaj mai avantajos este prezentat n fig. 10,b. Prin rezistena se obine n general aceast valoare este avantajoas, deoarece rezult

Impunnd curentul , se obine din caracteristic i se calculeaz :

.

Condensatorul are rolul de a mpiedica transmiterea semnalelor alternative pe gril.

Pentru ambele circuite rezistena de intrare este egal cu .

Conexiunea cu dren comun. Circuitul cu dren comun (fig. 15) sau repetor pe surs este asemntor circuitului cu colector comun sau repetor pe emitor de la tranzistorii bipolari.

Circuitul echivalent din fig. 11,b se poate deduce cu uurin din circuitul echivalent prezentat n fig. 9.

Amplificarea n tensiune se poate calcula cu ajutorul relaiilor:

Amplificarea este subunitar, iar tensiunea de ieire este n faz cu tensiunea de intrare. Rezistena de intrare () este egal cu:

Rezistena de ieire () se poate determina din circuitul echivalent:

Pentru polarizarea tranzistorului cu efect de cmp ca repetor pe surs se pot utiliza circuite prezentate n fig. 12.

n circuitul din fig. 12,a, este egal cu , cderea de tensiune pe rezistena fiind egal cu Dac aceast tensiune este prea mic, se poate utilioza un divizor de tensiune, ns acest divizor micoreaz rezistena de intrare.

Pentru tranzistorii TECMIS cu canal indus este indicat circuitul din fig. 12,b. Cderea de tensiune pe rezistena este , iar tensiunea dren-surs va fi egal cu . Aceast tensiune asigur funcionarea n regim de saturaie, deoarece .

2.7. Utilizarea tranzistorului cu efect de cmp CCCCC n scheme electronice.

Voi prezenta mai jos o parte din circuitul n care se utilizeaz tranzistorul cu efect de cmp K301:

Amplificator de audio frecven.

Tranzistorul VT6 este de tipul K301. Acest tranzistor este folosit pentru a stabiliza curentul colector al tranzistorului VT3. 3. Rezolvarea problemelor.

3.1. Problema 1.

Conform caracteristicilor volt-amperice statice ale tranzistorului bipolar s se efectuieze urmtoarele calcule grafico-analitice pentru etajul de amplificare:

a) s se traseze dreapta de sarcin;

b) s se traseze pe familia de caracteristici statice diagramele curenilor i tensiunilor n timp i s se determine dac pot aprea distorsiuni neliniare a semnalului amplificat;

c) pentru regimul liniar de amplificare (fr distorsiuni) s se calculeze rezistena de intrare i de ieire a etajului, coeficientul de amplificare dup curent ki, tensiune kU i putere kP. S se determine puterea util pe sarcin PR~ i puterea mprtiat pe colectorul tranzistorului.

Se d:

EC=60 V; RS=3 k(; IB=0,075 mA; IBm=0,075 mA.

Rezolvare:

Pe caracteristica de ieire trasm dreapta de sarcin prin punctele:

(EC,0) i) (0,) adic (60 V,0) i (0 ;20 mA)

Dup nominalele date etajul de amplificare posed distorsiuni nelimiare.

3.2. Problema 2. Conform caracteristicilor volt-amperice statice ale tranzistorului bipolar i parametrilor lui la frecven nalt s se efectuieze urmtoarele calcule pentru etajul de amplificare:

a) s se calculeze parametrii h i s se construiasc shema echivelent a dispozitivului analizat la frecven joas;

b) s se calculeze parametrii fizici ai schemei echivalente la frecven nalt.

Din cauz c dup nominalele date UCE=50 (V) i IC=40 (mA) nu pot fi soluionate atunci vom considera datele iniiale ca n problema 1, pentru care am ales deja punctul de funcionare:

IB=75 (A; UCE=50 V prin urmare:

( IB=75(0,2=15 ((A)

( UCE=50(0,2=10 (V)

Figura 1. Caracteristicile de ieire i intrare pentru tranzistorul KT601A.Din grafic determinm (IIC=2(mA); (UBE=0,02 (V); IC=1(mA);

Determinm parametrii hibrizi h:

Schema echivalent a tranzistorului la frecven joas este:

Trantistorul bipolar KT601A posed urmtorii parametri la frecven nalt:

((((2; f=20 MHz; CC=15 pF; CE=75 pF; (C=600 ps; IC=6 mA; (=3.

Determinm valorile elementelor fizice ale schemei echivalente a tranzistorului la frecvene nalte:

;

;

;

;

;

;

;

;

Schema echivalent a tranzistorului bipolar la frecvene nalte:

3.3. Problema 3.

Conform caracteristicilor volt-amperice statice ale tranzistorului bipolar s se determine parametrii etajului de amplificare n regim de recuplare a puterii:

a) s se traseze dreapta de sarcin;

b) s se determine tensiunea de rest a cheii deschise Urest, curentul de intrare i puterea necesar pentru a o deschide.

aracteristicile de ieire i intrare pentru tranzistorul bipolar KT601.

Rezolvare:

Pe caracteristica de ieire trasm dreapta de sarcin i detetminm Urest=4 (V)

;

;

;

UBEcupl=0,38 (V)-din grafic.

.

3.4. Problema 4. Conform datelor din ndrumare s se traseze carcteristicile statice pentru tranzistorul cu efect de cmp i s se efectuieze urmtoarele calcule grafo-analitice pentru etajul de amplificare:

a) s se traseze dreapta de sarcin;

b) s se traseze diagramele curenilor i tensiunilor n timp i s se determine dac pot aprea distorsiuni ale semnalului amplificat;

c) pentru regimul liniar de amplificare (fr distorsiuni) s se determine rezistena de intrare i de ieire a dispozitivului analizat i s se calculeze volorile numerice pentru coeficientul de amplificare dup curent ki, tensiune kU i putere kP.

Date iniiale:

ED=-20 (V); ID0=5 (mA);

UDS0=-10 (V); UGsmax=3 (V);

Ubloc=-2,5 (V); IDmax =1,5 (mA);

Pimp=130 (mW);

Rezolvare:

Ecuaia caracteristicii cutate are forma:

;

;

Folosind ecuaia primit completm tabelul:

-ID, mA00,0750,110,320,621

UGS, V-2,5-2-1012

Dup datele din tabel trasm caracteristica de transfer:

Figura 1.Caracteristica de transfer i caracteristica de ieire.

Trasm dreapta de sarcin tiind c :

ED=-20 V i RS=2,5 k( primim punctele (-20 ; 0) i (0 ; 8(10-3)

;

;

Utiliznd datele obinute putem calcula urmtorii parametri ai tranzistorului:

;

;

;

;

3.5. Problema 5. Conform carcteristicilor statice ale tranzistorului cu efect de cmp i parametrilor lui la frecven nalt s se calculeze:

a) parametrii schemei echivalente (cu construirea ei concomitent pentru frecven joas);

b) parametrii schemei echivalente (cu construirea ei concomitent pentru frecven nalt);

c) componenta activ a conductibilitii de intrare i modulul pantei dispozitivului analizat la frecvena de 100 MHz.

Date iniiale:

ID0=8,4 mA; UDS0=7 (V);

CGS=7 pF; CGD=1 pF;

RG=50 (;

Rezolvare:

(ID0=0,2(8,4(10-3 (mA)=1,68(10-3 (mA);

(UDS0=0,2(7 (V)=1,4 (V);

;

;

Prezentm schema echivalent la frecvene joase a tranzistorului cu efect de cmp:

Cu ajutorul parametrilor tranzistorului la frecvene nalte putem determina elementele schemei echivalente la frecven nalt:

Calculm pentru frecvena de 100 MHz valoarea:

;

;

.

3.6. Problema 6. Conform carcteristicilor statice construite ale tranzistorului cu efect de cmp s se efectuieze calculul proprietilor tranzistorului n regim de rezistor variabil:

a) s se calculeze caracteristica ;

b) s se calculeze coeficientil de amplificare dup putere pentru regulatorul de putere montat pe baza tranzistorului cu efect de cmp.

Conform caracteristicii statice construite a tranzistorului cu efect de cmp (dup rezolvarea problemei 4.), vom calcula caracteristica R(=f(UDS);

Aflm punctele de blocare a tranzistorului :

;

punctul 1 avem: ; ;

punctul 2 avem: ;

punctul 3 avem: ;

punctul 4 avem: ; .

Determinm patru valori ale rezistenei tranzistorului n regim ohmic:

;

;

;

;

Cu ajutorul punctelor obinute trasm caracteristica: R=f(UGS):

Figura 1. Caracteristica regulatorului.

Amplificarea maxim a regulatorului:

Conform sarcinii primite de la profesor s se proiecteze un etaj de amplificare dup putere n baza tranzistorului bipolar n dou variante:cu i fr transformator.

a) Sarcin:

S se proiecteze un etaj de amplificare n audiofrecven cu tranzistor bipolar.

Date iniiale: Uie. max=3V

RS=600

Fj=100Hz

Mj=1.25

EC=9V

Calculul amplificatorului de tensiune

1. Alegem tipul tranzistorului conducndu-ne de urmtoarele:

UCEadmis(1,1...1,3)EC=(1.1.....1.3)*9V=(9,9...11,7)

ICadmis2IS.max=2Uie max/RS=6/600 =0,01A

PCadmis.=ICadmis*UCeadmis=0,01*11=0,11 W

2. IC0=(1,05...1,20) IS.max=(5,25....6)mA

Urest =1

UCE0= Urest+Uie max=1+3=4V

3.Dup datele acestea am ales tranzistorul KT 354A.

4. Determinm valorile nominale pentru RC i RERtot=RC+RE, Rtot=EC/I=9/10,8*10-3=833

Rtot =(0.15...0.25)* RCRC=

RE= Rtot- RC=156

Iintr.min= IB.min=Ic.min/min=2,4mA/90=0.026mA

Iintr.max = IB.max=Ic.max/max=9,6mA/200=0,048mA

Iintr.med= IB.med=(IBmax-IBmin)/2 = 0.011mA

5. Determinm rezistena de intrare a etajului de amplificare

unde

6. Determinm nominalele rezistoarelor de divizare

7. Determinm coeficientul de stabilitate n funcionare a etajului

8. Determinm capacitatea condensatorului de divizare

EMBED Equation.3 Rie.=RC+RS=677+600=1277

9. Determinm capacitatea condensatorului CE

10. Determinm valoarea coeficientului de amplificare a etajului dup tensiune:

b)Sarcin:

S se proiecteze un etaj de amplificare dup putere n baza tranzistorului bipolar cu transformator .

Date iniiale: Pie.=2,0W

RS=6

Fj=110 Hz

Mj=1,15

EC=12 V

Calculul amplificatorului de tensiune

1.Determinm puterea ce va fi mprtiat pe tranzistorul selectat:

P0=

-puterea cedata de tranzistor P0=2,5/0,9=2,77W

2.Determinam valorile ISmax si Uies.max. ISmax.* Uies.max= Pies ISmax.* Uies.max. / Rs = Pies / Rs

ISmax = Pies / Rs

ISmax==

Conform datelor noastre am ales tranzistorul KT809A.

ICo=(1.051.20)ISmax=(0.60.69)A

ICmin=0.38A

ICmax=0,98A

IBmax=64mA

IBmin=24mA

IBm=20mA

UBEmax=0,9V

UBEmin=0,8V

UBEm=0,05V

Toate aceste valori sunt luate din grafic.

Deci calculm rezistenta rezistorului dup curent alternativ.

3.Calculam rezistenta din circuitul emitorului Re:

RE= QUOTE

EMBED Equation.3

-valoarea tensiunii care cade pe rezistenta .

RE=1, 5V/0.65A=2,3

4. Determinam capacitatea condensatorului ce unteaz rezistorul RE:

5.Rezistenta divizorului de tensiune dup curent alternativ:

;

6. Determinm coeficientul de amplificare al etajului dup putere

7.Determinam rezistenta sarcinii colectorului dupa curent alternativ si coeficientul de transformare pentru transformatorul de putere.

8.Determinm rezistena nfurrii transformatorului primar

9.Inductanta transformatorului primar

4. Bibliografie.

1. Sandu D. Electronica fizic i aplicat Iai: Editura A.I. Cuza,1994.

2. .. .: , 1991.

3. .. .:, 1977.

4. C .. .:, 1977.

5. Vasilescu G. Electronica 1993.

Figura 1. Etapele de fabricare a tranzistorului planar de tip n-p-n.

placheta naintea difuziei bazei.

placheta naintea difuziei emitorului.

placheta naintea alierii contactelor omice.

Structura rezultant a tranzistorului de tip n-p-n.

Fig .1. Caracteristica de intrare IB=f(UEB), pentru UCE=const.

Fig. 1. Schema de conectare n emitor comun

fig. 2. Schema echivalent ( emitor comun ).

fig. 3. Schema de conectare ( baz comun ).

EMBED PBrush

fig. 4. Schema echivalent ( baz comun ).

fig. 5. Schema de conectare ( colector comun ).

p

p

n

x

n,p

a)

E

B

C

b)

c)

Fig. 1

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

x

x

a)

b)

c)

Fig. 2

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

a)

b)

Fig. 3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

b)

a)

Fig. 4

TEC

Tranzistor cu straturi subiri

Fig. 1

G

D

B

S

G

D

B

S

G

D

B

S

G

D

B

S

Canal n

Canal p

Canal n

Canal p

Cu canal indus

Cu canal iniial

TECMNS

TECMOS

G

D

B

S

G

D

B

S

Canal n

Canal p

Jonciune pn

Contact

Metal-semicond.

TEC cu gril izolat

TEC cu regiune de trecere

D

G

S

Canal

n

n

n

p

p

S

G

D

B

Contact

metalic

Canal

Substrat

Izolator

n

p+

n+

n+

p+

Fig. 2

LSD

p

D

S

G

D

B

S

n

G

iC

IDS

UGS

UGS

UGS

UGS

0

-2

-4

-6

0

UDS

UDS

Liniar

Saturaie

UDS =UGS-Up

Fig. 3

0

2

2

4

4

6

6

8

8

10V

10

12

iD

UDS

-6V

-4V

-2V

0V

+2V

UDS=UGS-Up

mA

UDS=1V

0,5

1

1,5

-0,5

-1

-1,5

1

2

3

4

-1

-2

-3

-4

-5

UGS=0V

-1V

-2V

-2,5V

uDS, V

iD

mA

Fig. 4

-6

-4

-2

0

2

V

0

0,25V

0,5V

2

4

6

8

10

12

V

2V

4V

8V

ID=0,875mA

UGS=0,5V

iD

uGS

iD

iD

Up

-Up

2Up

UGS

UGS

-2Up

Up

-Up

IDS

IDS

TECMIS

TECMIS

TECMIS

Canal

iniial

Canal

iniial

Canal

indus

TECJ

TECJ

0

0

Canal n

Canal p

Fig. 6

Z

20C

60C

120C

iD

uGS

Fig. 7

G

S

+E

u1

u2

D

G

u1

gmugs

rDS

RD

u2

Fig. 8

~

RG

u1

R1

ugs

gmugs

rDS

u2

G

D

S

~

RG

u1

R1

ugs

gmugs

rDS

u2

G

D

S

C2

~

RG

u1

R1

gmugs

rDS

u2

G

D

S

Cgs

Cgd

a)

b)

c)

Fig. 9

+E

C2

C3

C1

R2

R1

R3

+E

C2

C3

C1

RD

R1

R2

Fig. 10

+E

u1

u2

RS

D

G

u1

gmugs

rDS

u2

rGS

RS

Fig. 11

+E

C2

C1

RS

R1

u2

u1

+E

C3

C1

RS

R1

u1

u2

Fig. 12

EMBED PBrush

EMBED Equation.3

PAGE 44- 44 -12/19/2013

DATE \@ "M/d/yyyy" 12/19/2013

_1098823858.unknown

_1099233473.unknown

_1099251827.unknown

_1101120006.unknown

_1101121227.unknown

_1448983658.unknown

_1448983666.unknown

_1448983674.unknown

_1448983679.unknown

_1448983683.unknown

_1448983686.unknown

_1448983688.unknown

_1448983690.unknown

_1448983691.unknown

_1448983689.unknown

_1448983687.unknown

_1448983684.unknown

_1448983685.unknown

_1448983681.unknown

_1448983682.unknown

_1448983680.unknown

_1448983676.unknown

_1448983678.unknown

_1448983675.unknown

_1448983670.unknown

_1448983672.unknown

_1448983673.unknown

_1448983671.unknown

_1448983668.unknown

_1448983669.unknown

_1448983667.unknown

_1448983662.unknown

_1448983664.unknown

_1448983665.unknown

_1448983663.unknown

_1448983660.unknown

_1448983661.unknown

_1448983659.unknown

_1448983650.unknown

_1448983654.unknown

_1448983656.unknown

_1448983657.unknown

_1448983655.unknown

_1448983652.unknown

_1448983653.unknown

_1448983651.unknown

_1448983646.unknown

_1448983648.unknown

_1448983649.unknown

_1448983647.unknown

_1101121346.unknown

_1101121377.unknown

_1101121326.unknown

_1101120592.unknown

_1101120691.unknown

_1101121006.unknown

_1101121016.unknown

_1101120999.unknown

_1101120640.unknown

_1101120663.unknown

_1101120632.unknown

_1101120069.unknown

_1101120201.unknown

_1101120585.unknown

_1101120174.unknown

_1101120026.unknown

_1101120047.unknown

_1101120019.unknown

_1101070861.unknown

_1101114904.unknown

_1101115964.unknown

_1101119908.unknown

_1101119937.unknown

_1101119050.unknown

_1101115164.unknown

_1101115214.unknown

_1101115136.unknown

_1101114566.unknown

_1101114871.unknown

_1101114899.unknown

_1101114627.unknown

_1101074031.unknown

_1101114452.unknown

_1101114472.unknown

_1101076242.unknown

_1101114426.unknown

_1101074301.unknown

_1101073924.unknown

_1101073966.unknown

_1101073220.unknown

_1099252741.unknown

_1100254491.unknown

_1100259906.unknown

_1101070742.unknown

_1101070814.unknown

_1100267809.unknown

_1100267834.unknown

_1100267810.unknown

_1100259907.unknown

_1100258443.unknown

_1100259905.unknown

_1100259904.unknown

_1100256627.unknown

_1100254465.unknown

_1100254469.unknown

_1099253319.unknown

_1100169342.unknown

_1100250117.unknown

_1099253404.unknown

_1099253044.unknown

_1099253062.unknown

_1099252978.unknown

_1099252999.unknown

_1099252343.unknown

_1099252578.unknown

_1099252703.unknown

_1099252574.unknown

_1099252248.unknown

_1099252307.unknown

_1099251875.unknown

_1099247456.unknown

_1099251096.unknown

_1099251715.unknown

_1099251788.unknown

_1099251810.unknown

_1099251750.unknown

_1099251280.unknown

_1099251654.unknown

_1099251186.unknown

_1099248270.unknown

_1099250995.unknown

_1099251028.unknown

_1099248723.unknown

_1099247635.unknown

_1099247719.unknown

_1099247495.unknown

_1099246812.unknown

_1099246992.unknown

_1099247365.unknown

_1099247396.unknown

_1099247053.unknown

_1099246929.unknown

_1099246953.unknown

_1099246846.unknown

_1099246090.unknown

_1099246228.unknown

_1099246679.unknown

_1099246131.unknown

_1099239523.unknown

_1099239577.unknown

_1099233901.unknown

_1098829565.unknown

_1099201308.unknown

_1099232082.unknown

_1099232964.unknown

_1099233261.unknown

_1099233299.unknown

_1099233132.unknown

_1099232510.unknown

_1099232788.unknown

_1099232116.unknown

_1099201944.unknown

_1099231869.unknown

_1099231935.unknown

_1099202231.unknown

_1099201619.unknown

_1099201914.unknown

_1099201489.unknown

_1098832791.unknown

_1099142101.unknown

_1099201132.unknown

_1099201238.unknown

_1099201265.unknown

_1099201199.unknown

_1099199842.unknown

_1099200763.unknown

_1099142119.unknown

_1098834327.unknown

_1098834470.unknown

_1098835104.unknown

_1098835215.unknown

_1098835216.unknown

_1098835127.unknown

_1098835214.unknown

_1098835115.unknown

_1098834548.unknown

_1098835072.unknown

_1098835088.unknown

_1098834547.unknown

_1098834379.unknown

_1098834443.unknown

_1098834354.unknown

_1098833396.unknown

_1098834275.unknown

_1098834308.unknown

_1098833560.unknown

_1098833357.unknown

_1098833373.unknown

_1098833307.unknown

_1098832514.unknown

_1098832676.unknown

_1098832736.unknown

_1098832770.unknown

_1098832709.unknown

_1098832597.unknown

_1098832644.unknown

_1098832555.unknown

_1098829943.unknown

_1098830663.unknown

_1098830871.unknown

_1098830248.unknown

_1098829724.unknown

_1098829750.unknown

_1098829648.unknown

_1098827353.unknown

_1098828420.unknown

_1098828959.unknown

_1098829223.unknown

_1098829245.unknown

_1098829046.unknown

_1098828622.unknown

_1098828915.unknown

_1098828593.unknown

_1098828047.unknown

_1098828276.unknown

_1098828381.unknown

_1098828230.unknown

_1098827633.unknown

_1098827967.unknown

_1098827366.unknown

_1098826018.unknown

_1098826601.unknown

_1098827038.unknown

_1098827222.unknown

_1098827011.unknown

_1098826561.unknown

_1098826569.unknown

_1098826471.unknown

_1098826492.unknown

_1098826250.unknown

_1098825043.unknown

_1098825928.unknown

_1098825984.unknown

_1098825888.unknown

_1098824507.unknown

_1098824561.unknown

_1098824130.unknown

_1098605217.unknown

_1098781630.unknown

_1098781680.unknown

_1098823438.unknown

_1098823667.unknown

_1098823749.unknown

_1098823479.unknown

_1098781760.unknown

_1098823251.unknown

_1098781758.unknown

_1098781759.unknown

_1098781684.unknown

_1098781664.unknown

_1098781672.unknown

_1098781676.unknown

_1098781667.unknown

_1098781651.unknown

_1098781660.unknown

_1098781637.unknown

_1098608561.unknown

_1098609489.unknown

_1098629956.unknown

_1098631388.unknown

_1098781618.unknown

_1098781626.unknown

_1098781623.unknown

_1098631577.unknown

_1098632022.unknown

_1098632093.unknown

_1098631472.unknown

_1098630593.unknown

_1098630907.unknown

_1098631192.unknown

_1098630144.unknown

_1098610009.unknown

_1098610194.unknown

_1098610236.unknown

_1098610036.unknown

_1098609711.unknown

_1098609792.unknown

_1098609569.unknown

_1098609329.unknown

_1098609394.unknown

_1098609427.unknown

_1098609342.unknown

_1098608664.unknown

_1098609022.unknown

_1098608638.unknown

_1098606045.unknown

_1098607151.unknown

_1098607378.unknown

_1098607675.unknown

_1098607283.unknown

_1098606952.unknown

_1098607049.unknown

_1098606394.unknown

_1098606558.unknown

_1098605830.unknown

_1098605881.unknown

_1098605307.unknown

_1098600095.unknown

_1098603364.unknown

_1098603578.unknown

_1098604809.unknown

_1098605179.unknown

_1098604651.unknown

_1098603496.unknown

_1098603505.unknown

_1098603485.unknown

_1098602498.unknown

_1098602770.unknown

_1098602915.unknown

_1098602709.unknown

_1098601942.unknown

_1098602458.unknown

_1098600335.unknown

_1098594983.unknown

_1098598984.unknown

_1098599898.unknown

_1098600063.unknown

_1098599576.unknown

_1098598550.unknown

_1098598575.unknown

_1098595016.unknown

_1098594870.unknown

_1098594899.unknown

_1098594438.unknown

_1042388957.unknown