Documente online.
Username / Parola inexistente
  Zona de administrare documente. Fisierele tale  
Am uitat parola x Creaza cont nou
  Home Exploreaza















TRANZISTORI


loading...








ALTE DOCUMENTE

Interferenta undelor mecanice.Unde stationare
PRODUCŢIE DE SISTEME PVC PENTRU UsI sI FERESTRE
Aplicarile Telefonice
PREVENIREA INCENDIILOR LA DEPOZITE DE PRODUSE PETROLIERE
DETERMINAREA ENERGIEI DE ACTIVARE
ANALIZA STĂRII DE DEFORMAŢIE
SISTEMUL DE FRANARE
POLIZOR UNGHIULAR STERN AG125F-C
Verificarea reprezentativitatii esantionului


Text Box: 2 

TRANZISTORI

          Tranzistorii sunt elemente de circuit cu trei electrozi avānd posibilitatea de modificare a puterii de la iesire printr-un consum energetic mic.

Īn functie de principiul de functionare pot fi tranzistori bipolari sau tranzistori cu efect de cāmp.

2.1. Teoria elementara a TBP

Tranzistorul bipolar este un dispozitiv electronic cu trei jonctiuni realizat prin implementarea pe o pastila semiconductoare a trei zone semiconductoare īn ordinea PNP sau NPN, ca īn figura 2.1.

 

S-au notat cu E - zona semiconductoare a emitorului, B - zona semiconductoare a bazei, C - zona semiconductoare a colectorului. La fel se noteaza si terminalele, prin intermediul carora avem acces la zonele semiconductoare asociate.

          Pentru ca dispozitivul sa poata functiona corespunzator se iau urmatoarele masuri constructive:

-         zona semiconductoare a emitorului se dopeaza mai puternic decāt celelalte zone (indicat īn figura prin puterea +);

-         zona bazei este mai subtire decāt celelalte zone semiconductoare, teoretic trebuie sa fie mai mica decāt drumul mediu pe care īl poate strabate un purtator minoritar īn aceasta zona [8, 9 ].


 

Īn figura 2.2 sunt prezentate, īn corespondenta cu figura 2.1, simbolurile celor doua tipuri de tranzistori bipolari (tipul PNP si tipul NPN) precum si regulile de asociere a curentilor si tensiunilor.

Se constata ca simbolul tranzistorului contine o sageata care  indica sensul curentului prin terminalul emitorului si tipul tranzistorului. Daca sageata este orientata catre simbol tranzistorul este PNP.

Sensurile celorlalti doi curenti sunt invers decāt sensul curentului de emitor, asa īncāt sa avem relatia

I=I+I.

Tensiunile se noteaza cu indici īn ordinea primul indice - de unde pleaca iar al doilea - unde ajunge ( s.ex. VCE = VEC ) asa īncāt avem relatia pentru tensiuni

V+V+V= 0.  

Pentru a descrie comportarea dispozitivului trebuie sa avem relatiile dinte marimile (3 curenti si 3 tensiuni) asociate tranzistorului. Cele doua relatii elimina doua din variabile asa īncāt ramān numai 4 marimi.

De regula atāt modelele cāt si caracteristicile statice considera doua din marimi independente (urmānd a fi impuse din exterior) iar celelalte doua se exprima analitic sau grafic īn functie de marimile independente.

 

Teoria elementara a tranzistorului considera structura tranzistorului din figura 2.3 cu jonctiunile polarizate de cele doua surse una īn conductie (jonctiunea EB emitor - baza) si cealalta īn polarizare inversa (jonctiune CB colector - baza).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Tensiunea pentru polarizarea directa a unei jonctiuni este mica (īn jurul valorii de 0,65V) iar tensiunea de polarizare inversa poate fi mult mai mare, motiv pentru care consideram inegalitatea V<<V.

Datorita polarizarii directe a jonctiunii emitor - baza (J) apare un curent de goluri I care se transfera īn zona bazei.

Grosimea bazei fiind mica ("mai mica decāt lungimea de difuzie purtatorilor minoritari" -  a golurilor īn baza)putine goluri se vor recombina cu electronii din zona bazei (fapt exprimat prin curentul de recombinare notat cu i īn figura 2.3).  

          Golurile, provenind din zona emitorului, ajunse īn zona bazei vor intra sub influenta cāmpului electric E (datorat polarizarii inverse a jonctiunii colector - baza Jde catre  sursa V ). Cāmpul  electric E este favorabil tranzitului golurilor din zona bazei īn zona colectorului  pentru ca  cāmpul electric al jonctiunii polarizate invers s 11211y2416l e opune transferului de electroni din zona N īn zona P.

          Efectul de tranzistor consta in modificarea  curentului de goluri (care pleaca de la emitor si ajunge la colector) prin modificarea tensiunii de polarizare a unei jonctiuni polarizate direct si anume tensiunea de polarizare a jonctiunii emitor - baza.

Curentul de emitor nu este format numai din golurile iEP ci si din electronii care traverseaza jonctiunea iEn din baza catre emitor

.

Se defineste eficienta emitorului, drept capacitatea acestuia de a emite goluri, prin intermediul coeficientului de injectie a golurilor īn baza

.

Nu toate golurile care ajung (din zona emitorului) īn zona bazei vor reusi sa traca īn zona colectorului, pentru ca o parte se vor recombina cu electronii (majoritari) din zona bazei. Recombinarea se exprima prin curentul de recombinare ir al golurilor si avem relatia

.

Se defineste factorul de transport al golurilor prin baza

.

Curentul de colector IC este format din golurile provenite din emitor - baza la care se adauga curentul rezidual al jonctiunii colector - baza J CB (format din electronii minoritari din colector, care sunt deplasate catre baza de cāmpul E0 si din golurile minoritare din zona bazei care vor trece īn zona colectorului) notat ICB0

.

Putem exprima curentul prin intermediul coeficientilor mai sus definiti

.

Se defineste

                          ; *  

   * factorul static de amplificare īn curent direct īn conexiunea baza comuna cu iesirea īn scurtcircuit (colectorul conectat la baza).

Asa īncāt avem relatia

                            ,

care reprezinta modelul matematic al tranzistorului bipolar īn regim static, pentru zona activa de functionare; model dedus pe baza teoriei simplificate a tranzistorului.

2.2 Modele īn regim static

 

Regimul static este acel regim īn care marimile de stare a cāmpului electromagnetic nu se modifica īn decursul timpului.

 

Modelul general al tranzistorului bipolar

 

Tranzistorul are īn componenta doua jonctiuni (emitor - baza si colector - baza)  si cele doua jonctiuni determina atāt curentul de emitor iE cāt si curentul de colector iC .

Curentul unei jonctiuni PN este:

.

Plecānd de la aceste observatii se construieste modelul general al tranzistorului bipolar

,

curentii fiind conditionati de ambele jonctiuni, prin intermediul unor factori de pondere.

Deoarece tranzistorul este simetric īn raport cu zonele extreme PNP, rezulta ca va functiona si daca se inverseaza zona semiconductoare P alocata emitorului cu zona semiconductoare P alocata colectorului (regimul de functionare se cheama inversat).

Performantele vor fi scazute īn acest regim fata de regimul direct, pentru ca emitorul nu va mai fi P+ si generarea de goluri va fi mai slaba.

.

Coeficientii aij depind de elemente constructive ale tranzistorului (tipul semiconductorului, impuritati, dopari, s.a.).

In cazul polarizarii RAD (regiunea activa directa), jonctiunea emitor 

-         baza este  polarizata direct > 0 ,

-          jonctiunea colector - baza este  polarizata invers  .

                       iC = αF iE + ICB0

Īn cazul polarizarii in RAI (regiunea activa inversata), jonctiunea emitor-baza este  polarizata invers, iar  jonctiunea colector-baza este  polarizata direct (atentie zona colectorului este īn locul zonei emitorului) motiv pentru care avem ca variabila independenta curentul iC (colectorul emite purtatori)

                       .

       Tranzistorul poate functiona īn zona activa directa RAD, īn zona activa inversata RAI, dar mai poate fi polarizat ca sa functioneze īn īnca doua regiuni si anume regiunea de saturatie RS sau regiunea de blocare RB.

    


Polarizarea in zona de blocare RB se face cu surse  care sa polarizate invers ambele jonctiuni apare o bariera de potential si la jonctiunea EBnu avem transfer de goluri din emitor īn baza     ,  , ca īn figura 2.4.

Starea de blocare este caracterizata prin

                      ,    .

Polarizarea īn regiunea de saturatie RS  se face trecānd īn conductie ambele jonctiuni    exista un curent de goluri care pleaca de la emitor la colector si un curent de goluri de la colector la emitor astfel īncāt tranzistorul se comporta ca o rezistenta de valoare mica.

Caderea de tensiune pe tranzistor īntre colector si emitor este de valoare mica VCEsat fiind dependenta de tipul si natura materialului semiconductor.

 

 

2.3. Caracteristici statice ale TBP

Deoarece teoremele lui Kirchhoff determina doua relatii īntre marimile externe tranzistorului, este suficient sa dispunem de relatii īntre patru marimi pentru a cunoaste comportarea dispozitivului.

Se obisnuieste sa se declare drept variabile independente (marimi stabilite de circuitele exterioare dispozitivului) doua din marimile asociate tranzistorului, iar celelalte doua sa fie exprimate īn functie de marimile independente.

Daca exprimarea este analitica spunem ca dispunem de un model matematic  al tranzistorului.

Daca exprimarea este grafica spunem ca dispunem de un caracteristici statice ale tranzistorului.

Daca exprimarea este realizata prin intermediul  unor scheme electronice spunem ca dispunem de o schema echivalenta a tranzistorului.

Deoarece marimile independente pot fi considerate oricare doua din cele patru, caracteristicile statice nu sunt unice, depinzānd de modul īn care s-au adoptat marimile independente.

Tranzistorul avānd trei electrozi devine cuadripol daca unul din electrozi este comun atāt intrarii cāt si iesirii.

Plecānd de la aceasta afirmatie tranzistorul poate fi conectat īn

-         baza comuna, BC,

-         emitor comun, EC

-         colector comun, CC.


Caracteristicile statice pentru conexiunea EC din figura 2.5 sunt exprimate prin familiile de curbe IB = f(VEB, VCB), IC = f(VEB, VCB).

Pentru ca intrarea, īn cazul conexiunii emitor comun EC, este īntre baza si emitor,  caracteristicile statice de intrare, sunt reprezentate prin familia de curbe IB = f(VBE) cu parametrul VCB, curbe prezentate īn  figura 2.6a. De fapt caracteristicile sunt ale unei jonctiuni (baza emitor) polarizate direct.

Caracteristicile de iesire, din figura 2.7b, reprezinta dependenta curentului de iesire (IC curentul de colector) de tensiunea de polarizare inversa a jonctiunii colector - baza īn conditiile injectarii unui curent constant IB= constant prin baza.

Īn regiunea activa de functionare avem modelul

.

Īntre curenti exista relatia

.


Īn conexiunea emitor comun curentul de iesire este IC, motiv pentru care din cele doua relatii se elimina IE si se obtine relatia pentru conexiunea EC ,  , unde   este factorul static de amplificare īn conexiunea EC a TBP, iar curentul ICE0 este īn relatie cu ICB0

 .


Īn figura 2.7 este prezentata o caracteristica tipica de intrare, care permite separarea aproximativa a regimurilor de functionare, prin tensiunea de  polarizare a bazei:

          VBE  < 0,5 V               regiunea de blocare RB;

0,5 V<VBE  < 0,8 V              regiunea activa directa RAD;

           VBE  > 0,8 V              regiunea de saturatie RS.

Caracteristicile statice ale tranzistorului sunt modificate de valorile parametrilor sau de conditiile de functionare.

·  Efectul cresterii tensiunii inverse  aplicate jonctiunii CB determina multiplicarea īn avalansa a purtatorilor, ceea ce poate conduce la strapungerea jonctiunii. Se limiteaza valoarea tensiunii de polarizare inversa a jonctiunii  , sub valoarea tensiunii de strapungere    .            

Īn cazul conexiunii EC, pe lānga aceasta tensiune de strapungere  se mai defineste o tensiune numita tensiune de sustinere, cu  referitoare la spatiul C-E care are valoarea .

Depasirea acestei tensiuni duce la cresterea tensiunii de colector dar fara sa conduca la strapungerea vreunei jonctiuni a tranzistorului.

·        Temperatura determina scaderea tensiunii cu 2mV la cresterea cu 1 grad Celsius, rezultānd cresterea curentului rezidual , care se dubleaza la o crestere de 10 grade a temperaturii si afecteaza factorul de amplificare static in curent in modificarii dupa relatia:

,K=50°C.

·        Efectul cresterii curentului de intrare determina o crestere a curentului de colector care, daca depaseste o anumita valoare , poate conduce la strapungerea tranzistorului, prin topirea jonctiunii.

Se limiteaza .

·        Puterea disipata   este o consecinta a necesitatii de limitare a temperaturii jonctiunii Pd < Pdmax, ceea ce este echivalent cu

Relatia defineste īn planul caracteristicilor de iesire o curba numita hiperbola de disipatie, marcata īn figura 2.8.

Īn concluzie punctul static de functionare al tranzistorului trebuie sa nu depaseasca hiperbola de disipatie.

Puterea maxima pe care o poate disipa tranzistorul indicata de producator, pentru un tip de tranzistor, este puterea pe care o poate disipa capsula fara radiator.


Montarea unui radiator termic permite cresterea puterii maxime pe care o poate suporta tranzistorul.

2.4. Polarizarea TBP īn zona activa de functionare

Polarizarea tranzistorului īn zona activa de functionare īnsemna proiectarea elementelor unei scheme electronice, asa īncāt jonctiunile tranzistorului sa fie polarizate corespunzator RAD (regiunii active de functionare), adica jonctiunea emitor - baza sa fie polarizata direct iar jonctiunea colector baza sa fie polarizata invers.  Se impune de asemeni sa fie respectate toate limitarile tranzistorului privind valorile tensiunilor si curentului (vezi paragraful 2.3).

  Se vor prezenta schemele de polarizare a TBP īn conexiunea emitor - comun EC, pentru ca schemele de polarizare pentru celelalte moduri de conectare (BC si CC) au aceeasi topologie.

Polarizarea TBP īn conexiune EC

Polarizarea tranzistorului īn  zona activa de functionare se poate face cu doua surse de t.e.m. VBB si VCC , ca īn figura 2.9, sau cu o singura sursa VCC , ca īn figura 2.11.

Pentru ochiurile care contin sursele de t.e.m. se scrie teorema a II-a a lui Kirchhoff

    


         

Deoarece tranzistorul este īn RAD tensiunea de polarizare a bazei este īn jurul valorii VBE = 0,65 V. Pentru ca sursa VBB se adopta de valoare mult mai mare ca VBE, īn relatia de mai sus termenul VBE poate fi neglijat, asa īncāt 

.

Curentul IB stabileste curba din planul caracteristicilor de iesire pe care se va gasi punctul static de functionare PSF.

Īn zona activa de functionare curentul de colector poate fi determinat īn functie de curentul injectat īn baza

,

unde βF este factorul static de amplificare īn conexiunea EC (cunoscut pentru un tranzistor dat), iar ICE0 este curentul rezidual de colector - care poate fi neglijat īn majoritatea aplicatiilor, ceea ce īnsemna ca se va folosi relatia .

 Din teorema a II-a a lui Kirchhoff scrisa pentru ochiul de iesire se poate exprima tensiunea

.

Valoarea  tensiunii VCE si valoarea curentului IC stabilesc punctul static de functionare al tranzistorului PSF de coordonate (VCE, IC) īn planul caracteristicilor statice de iesire.

Īn scopul stabilizarii PSF cu temperatura se introduce un rezistor īn emitorul tranzistorului, ca īn figura 2.10 [8, 34].


Relatiile se completeaza astfel:

                     ,

                    

Din ultimele relatii avem    si curentul prin baza devine

,

restul elementelor ramānānd neschimbate (ca expresiile de mai sus).

          Schemele de polarizare cu o singura sursa de alimentare utilizeaza un rezistor, ca īn figura 2.11,a sau un divizor de tensiune, ca īn figura 2.11,b, pentru a forma sursa VBB din sursa de t.e.m.  VCC .


Pentru figura 2.11a curentul de baza se determina din ecuatia

     ,

unde VBE = 0,65 V.

Pentru figura 2.11,b curentul de baza se neglijeaza īn raport cu ID, ceea ce īnseamna ca ID circula si prin rezistorul.  Se pot scrie relatiile

,       .

De fapt se putea aplica direct regula divizorului de tensiune

.

Impunānd o valoare pentru curentul ID si considerānd

VBE = 0,65 V, se obtin doua ecuatii prin intermediul carora se calculeaza cele doua rezistoare din baza  tranzistorului.

Īn conditiile īn care se cere ca impedanta de intrare a tranzistorului (cu circuitul de polarizare) sa aiba o valoare impusa - s.ex. sa fie cāt mai mare - calculele circuitului de polarizare se vor face luānd īn considerare curentul care este absorbit de baza tranzistorului.


Īn cele mai multe aplicatii schema de polarizare din figura 2.11b, va contine si o rezistenta pentru stabilizare termica īn emitorul tranzistorului, ca īn figura 2.12.

Polarizarea TBP īn conexiune BC si CC

Īn figura 2.13 sunt prezentate circuitele de polarizare pentru conexiunile a) colector comun CC si b) baza comuna BC.


           

Constatam ca modul de polarizare este identic tuturor conexiunilor ( BC, EC, CC) ceea ce īnseamna ca metodologia de proiectare a circuitelor de polarizare este aceeasi indiferent de conexiunea tranzistorului.

Īn cazul proiectarii elementelor de polarizare se cunosc tensiunea pe VBE0, , (s-a folosit īn indice si zero pentru a specifica faptul ca marimile sunt cele din punctul static de functionare). Deoarece PSF este plasat īn zona īn care caracteristicile de iesire sunt paralele cu axa tensiunii, curentul de colector nu va mai fi functie decāt de curentul bazei, asa īncāt se utilizeaza dependenta liniara a curentului de colector de curentul bazei .

Condensatorii   sunt condensatori decuplare a rezistoarelor pe care sunt conectati (īn paralel) avānd rolul de scurcircuitare a respectivelor rezistoare īn regim variabil, motiv pentru care reactanta acestora se adopta mult mai mica decāt rezistenta pe care o scurcircuiteaza.

Pentru a elimina perturbatiile datorate modificarii temperaturii se utilizeaza diode sau termistori care sa compenseze variatia cu temperatura a elementelor schemei sau a parametrilor (īn cele mai multe cazuri) tranzistorului.

Termistorul īsi modifica rezistenta cu temperatura, motiv pentru care poate fi conectat in locul uneia din rezistentele de polarizare a bazei tranzistorului pentru a corecta variatia cu temperatura a tensiunii VBE  . O dioda de acelasi tip cu tranzistorul, polarizata direct, conectata īn emitorul tranzistorului poate compensa  variatia cu temperatura a tensiunii . O dioda, īn polarizare inversa, montata īn circuitul bazei tranzistorului compenseaza variatia cu temperatura a curentului rezidual .

2.5. Regimul variabil al TBP

Regimul variabil se considera regim de semnal mic daca semnalele aplicate la intrare sunt suficient de mici pentru a nu deplasa PSF din zona liniara a caracteristicilor ( PSF sa nu intre īn zona de saturatie sau īn zona de blocare ci sa ramāna tot timpul īn zona activa a caracteristicilor statice RAD).


Īn figura 2.14 se īncearca o explicare a regimului de semnal mic.

La intrarea unui tranzistor (spre exemplu īn conexiune EC, ca īn figura 2.12) se aplica o tensiune variabila , care pe baza caracteristicii de intrare determina un curent iB. Curentul iB , tinānd seama de ecuatia din figura 6.15 determina un curent iC, care la rāndul sau, pe baza caracteristicilor statice de iesire si a dreptei de sarcina determina o tensiune v0 de iesire.

Daca PSF se deplaseaza catre curenti mai mari, spre exemplu asa īncāt īn PSF curentul sa fie , alternanta pozitiva a curentului va fi taiata si tensiunea de la iesire va avea numai alternanta negativa.

Tensiunea de intrare este periodica dar de o forma oarecare.

Pe baza dezvoltarii īn serie Fourier orice tensiune periodica poate fi scrisa sub forma:

         ,        


Tensiunile sinusoidale determina pentru  k=1 fundamentala tensiunii, iar pentru alte valori ale lui "k" sinusoidele determina armonicile semnalului.

Modele si scheme echivalente cuadripolare

Īn cazul regimului de curent alternativ se recurge la transformarea īn complex a semnalelor.


Transformarea īn complex este valabila pentru o frecventa data, dar se poate aplica principiul suprapunerii efectelor, rezulta ca putem aplica transformarea īn complex pentru orice frecventa cu observatia ca schema echivalenta a tranzistorului trebuie sa fie valabila pentru frecventa respectiva. Tranzistorul poate fi tratat ca un cuadripol, cu structura din figura 2.15. Descrierea lui se poate face prin intermediul unor ecuatii sau a unei scheme echivalente. Datorita faptului ca īntre curenti avem  o relatie  I=I+I si īntre tensiuni o alta relatie  V+V+V=0.  rezulta ca din cele 6 marimi asociate tranzistorului (vezi figura 2.2) ramān 4 cu care avem  posibilitati de descriere a cuadripolului, prin alegerea a doua marimi independente.

Daca se iau ca marimi independente tensiunile Vi  si V0 ecuatiile care descriu cuadripolul sunt:

Se noteaza cu "y" datorita faptului ca daca se face tensiunea de iesire V0= 0 =>

                                                       


                            

Admitanta de transfer de la iesire la intrare (yr)

 
                                                                                        

Admitanta de transfer de la intrare la iesire(yf)

 
                  

Corespunzator descrierii cuadripolului prin parametrii "y" īn figura 2.16 avem schema echivalenta.


Cel mai folosit model cuadripolar al tranzistorului este modelul cu parametri "h" pentru care marimile independente sunt curentul de intrare si tensiunea de iesire(s-a folosit sublinierea pentru a specifica faptul ca sunt marimi vectoriale  īn complex, transformate ale marimilor variabile īn timp).

Īn continuare toate marimile cuadripolare si marimile de la bornele cuadripolului cu toate ca sunt marimi īn complex nu vor fi notate cu subliniere! Motiv - pentru a nu īngreuna scrierea.

Ecuatiile modelului cu parametri "h" sunt:

Semnificatia parametrilor modelului poate fi stabilita prin anularea succesiva a marimilor independente:

-         impedanta de intrare cu iesirea īn scurcircuit  

 

 ;

- admitanta si respectiv rezistenta de iesire cu intrarea īn gol

=>;

-         factorul de amplificare īn curent cu iesirea īn scurcircuit      

                                              

                                         ;

-        factorul de reactie īn tensiune cu iesirea īn gol

                                           .                            

                                                              


Schema echivalenta asociata modelului este īn figura 2.17.

Parametrii de cuadripol depind de conexiunea tranzistorului iar īn cataloage se  indica valorile  pentru tranzistorul īn conexiune emitor comun EC.

Datorita faptului ca, īn cazul conexiunii EC, factorul de reactie hr are valori mici influenta lui poate fi neglijata  si modelul se rescrie,

 


                  

                                                                                               

iar schema echivalenta asociata se poate urmari īn figura 2.18.

                                                                            


Parametrii de cuadripol ai tranzistorului depind de conexiunea īn care au fost definiti. Īn cataloage sunt indicati parametri de cuadripol pentru tranzistorul aflat īn conexiunea emitor comun EC.

2.6. Caracteristici ale tranzistorilor cu efect de cāmp

 

Tranzistorul este un dispozitiv electronic care are rolul de a modifica un curent electric important prin modificarea tensiunii de polarizare a unui electod de comanda sau prin modificarea curentului absorbit de electrodul de comanda. Scopul este atins cu cheltuieli minime daca puterea ceruta de electrodul de comanda este mult mai mica decāt puterea din circuitul principal, exprimata aici prin intermediul curentului "important".

Tranzistorul bipolar utilizeaza pentru formarea curentului comandat doua tipuri de purtatori de sarcina (goluri si electroni), ceea ce determina anumite inconveniente.

Tranzistorii cu efect de cāmp utilizeaza un singur tip de purtatori de sarcina, care circula printr-un canal semiconductor. Electrodul de comanda are rolul de a modifica conductivitatea canalului, īn acest fel modificāndu-se valoarea curentului comandat [12 ].

(Reamintim faptul ca , iar rezistenta canalului este , unde l este lungimea canalului, S sectiunea canalului.)

De fapt electrodul de comanda actioneaza asupra sectiunii canalului S (prin modificarea latimii), care determina modificarea rezistentei R si care rezistenta determina modificarea curentului I.

          Tranzistorii cu efect de cāmp se numesc astfel pentru ca modificarea conductivitatii (inversul rezistentei electrice) canalului se face cu ajutorul unui cāmp electric mai intens sau mai slab īn functie de potentialul electrodului de comanda, numit grila.

Curentul se īnchide printr-o zona semiconductoare (care reprezinta īnsasi canalul) īntre doi electrozi unul numit sursa - pentru ca furnizeaza purtatorii de sarcina si celalalt numit drena - pentru ca are rolul de a colecta purtatorii.

De notat ca prin canal circula purtatorii majoritari. (Circula si cei minoritari dar contributia lor la curentul din canal este mica.)

          Īn functie de principiul conform caruia se modifica conductivitatea canalului  tranzistorii cu efect de cāmp pot fi realizati īn doua variante

          -     TEC-J , tranzistor cu efect de cāmp cu jonctiune,

-          TEC-MOS,  tranzistor cu efect de cāmp

          metal-oxid-semiconductor.

         

Tranzistorul TEC-J are canalul dintr-un  tip de semiconductor (s.ex. de tipul N) iar grila este conectata la canal prin intermediul unui semiconductor cu alt tip de purtatori majoritari (pentru exemplul dat, semiconductorul grilei este de tipul P). Īn figura 2.19 canalul este de tipul N iar grila este conectata la canal prin intermediul unui strat semiconductor de tipul P+. Tranzistorul este TEC-J cu canal n. Grila este polarizata asa fel ca jonctiunea care apare īntre canal si zona semiconductoare a grilei sa fie blocata (polarizare inversa). Īn cazul figurii 2.19. grila trebuie sa fie negativa īn raport cu canalul.

Jonctiunea fiind polarizata invers zona de golire se extinde mai mult īn semiconductorul mai slab dopat, se extinde deci īn zona canalului. Extinderea zonei de golire micsoreaza sectiunea canalului, adica micsoreaza sectiunea de trecere a electronilor care pleaca de la sursa, prin canal, catre drena. Pentru ca electronii trebuie sa plece de la sursa, cāmpul electric din interiorul canalului trebuie sa fie orientat de la drena catre sursa (electronii au sarcina negativa si se deplaseaza invers liniilor de cāmp). Aceasta necesitate impune ca drena sa fie polarizata pozitiv fata de sursa.


Zona P din figura 2.19 se numeste substrat.

Grila este legata la electrodul substratului SS ,asa īncāt sectiunea canalului  sa se modifice si prin intermediul acestei jonctiuni aflata īn polarizare inversa.


         

Īn figura 2.20 este prezentat simbolul TEC-J cu canal N  precum si polaritatea tensiunilor care se aplica electrozilor pentru ca sa poata fi modificat curentul prin canal - curentul care se īnchide de la drena la sursa (electronii avānd sarcina negativa circula invers decāt curentul pe care īl determina).

Sectiunea canalului se micsoreaza crescānd tensiunea de polarizare inversa a jonctiunii grila - canal.

Tranzistorul TEC-MOS  are doua zone semiconductoare de acelasi fel (de tipul N pentru tranzistorul din figura 2.21) alocate una sursei si cealalta drenei, separate printr-un strat de tipul celalalt (īn cazul nostru de tipul P). Orice  polaritate a tensiunii am aplica īntre drena si sursa una din jonctiunile P-N va fi blocata asa īncāt nu se va īnchide nici un curent fara aportul electrodului de comanda - respectiv grila tranzistorului.


Grila este īn contact cu semiconductorul de tipul P, fiind separata de acesta printr-un izolator, care īn cazul tranzistorului MOS este un strat de oxid de siliciu ca īn figura 2.21.

Īn conditiile aplicarii unei tensiuni pe grila pozitiva īn raport cu substratul, aceasta tensiune, prin cāmpul electric orientat de al grila catre SS īmpinge golurile majoritare din zona P si atrage la suprafata de separatie a metalului grilei electronii minoritari. Īn zona P, īntre cele doua zone N+ apare un strat de electroni minoritari care formeaza un strat de inversie a conductiei.

Cresterea potentialului grilei determina cresterea latimii stratului de inversie. Aplicānd o diferenta de potential īntre drena si sursa electronii din stratul de inversie se vor deplasa pe calea N+ (sursa) - canal format din stratul de inversie - N+ (drena), determinānd curentul "important" al tranzistorului.

Tranzistorul descris mai sus se numeste TEC-MOS cu canal n - indus.

 Īn figura 2.22 este prezentat simbolul tranzistorului "TEC-MOS cu canal N indus". Notatiile au semnificatiile:


         

Tensiunea de polarizare a grilei este VGS pozitiva ca sa formeze canalul - materializat prin stratul de inversie - iar tensiunea VDS este pozitiva ca sa antreneze electronii de la sursa catre drena - pentru ca īn circuit sa se stabileasca curentul ID orientat de la D spre S.

Nota:  Se construiesc tranzistori de tip MOS cu canal initial  pentru care, (datorita doparii zonei P) exista un strat de inversie a conductiei la suprafata semiconductorului fara aplicarea unui potential pe grila (la  VGS =0 )   .

 

Caracteristici de transfer

Functia tranzistorului este sa modifice curentul care circula de la drena la sursa, curent notat ID īn figura 2.19, prin modificarea potentialului VGS a grilei fata de sursa. Caracteristicile de transfer ilustreaza modul de variatie al curentului de iesire cānd se modifica tensiunea de comanda.


Se noteaza VT tensiunea de taiere, care are semnificatii diferite īn functie de tipul tranzistorului TEC:

-               īn cazul TEC-MOS tensiunea VT este tensiunea VGS de la care īncepe sa circule curentul IDS, (vezi caracteristica din figura 2.23,a) reprezentānd potentialul grilei de la care s-a format stratul de inversie;

         -     īn cazul TEC-J tensiunea VT este tensiunea VGS la care curentul IDS se anuleaza, (vezi caracteristica din figura 2.23 ,b) reprezentānd potentialul grilei pentru care zona de golire s-a extins īn īntreg canalul (purtatorii de sarcina provenind de la sursa īntālnesc īn calea catre drena o zona de īnalta rezistenta).

Principiile de modificare a curentului I D, īn cazul TEC-J prin modificarea tensiunii unei jonctiuni polarizate invers iar īn cazul TEC-MOS  prin modificarea tensiunii aplicate unui condensator, determina valoarea foarte mica a curentului absorbit de electrodul de comanda (grila), rezultānd un consum foarte mic de putere pentru comanda (specific acestui tip de tranzistor).

Caracteristici de iesire

Caracteristicile de iesire sunt familii de curbe care prezinta dependenta curentului de drena ID de tensiunea aplicata canalului VDS , pentru diferite valori ale potentialului aplicat grilei VGS , ca īn figura 2.24.


          Caracteristicile de iesire prezinta doua zone de functionare

-         o zona liniara, īn care pentru o tensiune VGS impusa, curentul de drena ID creste la cresterea tensiunii aplicate canalului VDS;

-         o zona de saturatie, īn care pentru o tensiune VGS impusa, curentul de drena ID nu se modifica la cresterea tensiunii aplicate canalului VDS.

Īn zona de saturatie curentul de drena nu se schimba prin modificarea VDS ci numai prin modificarea potentialului grilei VGS. Aceasta dependenta este exprimata astfel relatii īn care apar

                                         pentru TEC-J ,

                            pentru TEC-MOS,

marimi dependente de tipul tranzistorului si de modul de realizare practica a acestuia, numite dupa cum urmeaza:

          IDSS       - curentul de saturatie,

          β           - coeficient specific tranzistorului cu dimensiunea ,

          VT         - tensiunea de taiere,

          m = 2    - coeficient teoretic are valoarea specificata.

Datele de catalog ale unui tranzistor dat specifica, pe lānga alte caracteristici, setul de parametri (VT , IDSS) pentru TEC-J si (VT , β) pentru TEC-MOS.

          Īn zona liniara a caracteristicilor statice curentul de drena ID , pentru o tensiune aplicata grilei constanta (VGS = constant), se modifica liniar cu tensiunea VDS, ceea ce īnseamna ca dispozitivul īntre drena si sursa se comporta ca o rezistenta.

Pentru tranzistorul TEC-J zona liniara a caracteristicilor de iesire se afla la tensiuni mici aplicate canalului      , ca īn figura 2.25.


Curentul de drena respecta relatia lege lui Ohm pentru rezistente

                             ,

unde G este conductanta canalului (drenei).

Conductanta drenei poate fi exprimata īn functie de marimea care o determina - si anume  tensiunea VGS - prin relatia

                            

unde G0 este o data de catalog, specifica modului de realizare a tranzistorului TEC-J.

2.7. Polarizarea tranzistorului cu efect de cāmp

 

          Īn figura 2.26 sunt prezentate schemele clasice de polarizare a tranzistorului cu efect de cāmp īn zona activa de functionare.

Structurile de polarizare, constatam ca sunt aceleasi indiferent de tipul tranzistorului fie bipolar, fie cu efect de cāmp.

Condensatorul CS īn regim de curent alternativ decupleaza rezistorul RS.

Īn cazul tranzistorului TEC-J, tensiunea de polarizare a grilei este negativa, motiv pentru care rezistorul RS este obligatoriu prezent īn schema.


Fig. 2.26.

 
         

Considerānd curentul absorbit de grila neglijabil, pentru schema cu o singura rezistenta īn circuitul grilei tensiunea de polarizare a grilei este

                             VGS = - RS ID ,

iar pentru chema cu doua rezistente

.

Tensiunea aplicata canalului, pentru ambele scheme din figura 2.26 este

                             VDS = VDD - (RS + RD) ID .

2.8. Circuite echivalente ale TEC

Circuitul echivalent de semnal mic al TEC la frecvente medii

 

Indiferent de tipul tranzistorului (TEC-J sau TEC-MOS), īn regim variabil schema echivalenta se construieste plecānd de la faptul ca numai tensiunile modifica valoarea curentului

                                      .

Variatia curentului de drena poate fi exprimata prin diferentierea functiei f

,

                                .

Relatia pe baza careia se construieste schema echivalenta (prezentata īn figura 2.27).


         

Derivatele partiale se noteaza

            gm - panta tranzistorului,

            gd - conductanta drenei,

                   ID - amplitudinea variatiei curentului de drena īn jurul punctului static de functionare.

Valorile īn care se īncadreaza parametrii de regim variabil ai tranzistorilor cu efect de cāmp sunt

                   gm = 0,1 ... 10 mA/V;

                   rd  =  0,1 ...   1 .

Schema echivalenta a TEC la īnalta frecventa

         

Cānd frecventa tensiunii de intrare este mare īncep sa conteze capacitatile dintre electrozi, motiv pentru care schema echivalenta de la frecvente medii se completeaza cu capacitatile CGS, CGD, CDS ca īn figura 2.28.


         

Exista īntre grila si drena o legatura (īntre iesire si intrare) motiv pentru care nu se utilizeaza aceasta schema echivalenta, ci se transforma, pe baza teoremei lui Miller, īntr-o alta schema echivalenta fara transfer de la iesire la intrare. Īn schema echivalenta nu mai apare , iar capacitatile la intrare si de la iesire devin functii de factorul de amplificare īn tensiune de la frecvente medii.


Document Info


Accesari: 7927
Apreciat:

Comenteaza documentul:

Nu esti inregistrat
Trebuie sa fii utilizator inregistrat pentru a putea comenta


Creaza cont nou

A fost util?

Daca documentul a fost util si crezi ca merita
sa adaugi un link catre el la tine in site

Copiaza codul
in pagina web a site-ului tau.

 


Copyright © Contact (SCRIGROUP Int. 2014 )