Tallinna Tehnikaülikool Elektriajamite ja Jõuelektroonika instituut Üliõpilane: Rait Rääk Teostatud: 14.03.2005 Õpperühm: AAAB41 Kaitstud: Töö nr. 3 OT Bipolaartransistor ühisemitteriga lülituses Töö eesmärk: Töövahendid: Ühisemitteriga lülituses transistori Transistor, toiteallikas, potentsiomeetrid, tunnusjoonte määramine ja ampermeetrid, voltmeetrid. nende kasutamise oskuste arendamine. Skeem Teooria Transistor on kolme väljastusega täielikult tüüritav pooljuhtseadis. Tööpõhimõtte järgi
Transistor Reili Koplimets Silver Palm Liisi Lehtsaar Mõiste Kolme või enama väljaviiguga pooljuhtseadeldis Sellega saab ühe elektrisignaali abil juhtida teist elektrisignaali Jagunevad kaheks: Bipolaartransistor-juhitakse vooluga Väljatransistor- juhitakse pingega Eelkäijad Relee-signaali sisse-ja väljalülitamiseks Elektronlamp ehk raadiolamp- selleks eraldi väljundkarakteristik Ajalugu Esimene transistori patent füüsik Julius Edgar Lilienfeldile 1925. aastal. 1942.aastal eksperimenteeris sakslane Herbert Matare topeltdioodidega. Tema loodud seadmel oli pooljuhtaluse peal kaks eraldiseisvat , kuid väga lähestikku asuvat metallkontakti. Sellest algeline idee bipolaartransistori loomiseks
kasutatakse elektrisignaalide tekitamiseks, võimendamiseks ja muundamiseks. Transistori abil saab ühe elektrisignaali abil juhtida ehk tüürida teist elektrisignaali. Transistorite Erinevus Eristatakse bipolaar- ja unipolaar- e. väljatransistoreid. Enamik transistoreid valmistatakse ränist. Vaid väga kõrgsageduslikud mudelid gallium-arseniidi ja analoogsete materjalide baasil. Bipolaartransistorid Bipolaartransistor on transistor, mis koosneb kolmest auk- ja elektronjuhtivusega kihist ja kahest nendevahelisest pn-siirdest. Bipolaartransistori (tavaliselt germaaniumist või ränist) struktuur võib olla pnp või npn. Biopolaartransistorid Bipolaartransistori saab panna kolme lülitusse: on olemas ühise emitteriga, ühise kollektoriga ja ühise baasiga lülitus. Esimene neist on kõige kasutatavam, sest see tagab suure võimendusteguri. Ühise kollektoriga lülitus on
Teema 3. Pooljuhtseadised M.Pikkovi ainekava ja konspekti järgsed allteemad (http://www.ttykk.edu.ee/aprogrammid/elektroonika_alused_MP.pdf, lk. 23...41): - Pooljuhtdiood, tema ehitus. Alaldava siirde tekkimise tingimus. Protsessid pooljuhtdioodis. Pooljuhtdioodi kasutamisala, põhiparameetrid (lk 23...26). - Bipolaartransistor, tema ehitus, pingestamine, protsessid transistorstruktuuris (27...30). - Ühise baasiga ja ühise emitteriga lülituse karakteristikud (30...32). - Bipolaarne liittransistor (33). - Väljatransistorid (p-n siirdega, isoleeritud paisuga), nende ehitus, tööpõhimõte, tunnussuurused (34...37). - Türistorid (dinistorid, trinistorid). Suletav türistor. Sümmeetriline türistor. Türistorite kasutamine jõuelektroonikas (38...41). Käesoleva teksti sisujaotus: 3
siiret ületada, sest vastaslaengud tõmbuvad. Edasi liiguvad laengud kuni pinge tekitajani. Transistor koosneb kahest järjestikusest vastupidisest pn-siirdest. Transistor koosneb kahest ühendatud dioodist. TRANSISTOR- (ingl. transfer üle kandma + resistor takisti) on kolme või enama väljaviiguga pooljuhtseadis, mida kasutatakse elektrisignaalide tekitamiseks, võimendamiseks ja muundamiseks. · Väljatransistor ehk unipolaartransistor- pooljuhtseadis · Bipolaartransistor- kolm auk- ja elektonjuhtivusega kihti Transistori abil saab ühe elektrisignaali abil juhtida ehk tüürida teist elektrisignaali · Leiutati 55 aastat tagasi. Pani aluse kogu elektroonikatööstuse ja nüüdisühiskonna arengule. Transistor on elektrilambist: · Palju väiksem- isegi kuni tuhandeid kordi · Ökonoomsem- eraldub vähem soojust · Mehaaniliselt vastupidavam · Pikema tööeaga · Kiirema töövalmidusega- ei pea soojendama enne tööreziimi
.................3 1.6.Elektroonika passiivkomponendid....................................................................... 3 1.7.Dioodi ehitus ja funktsioneerimine...................................................................... 4 1.8.Stabilitron ja selle kasutamine..............................................................................5 1.9.Varikap.................................................................................................................5 1.10.Bipolaartransistor, ehitus, karakteristikud ja põhiparameetrid...........................5 1.11.Väljatransistor, ehitus, karakteristikud ja põhiparameetrid................................6 1.12.Mis on JFET (pn-siirdega väljatransistor)..........................................................6 1.13.Mis on türistor?.................................................................................................. 7 1.14.Fotoresistor...................................................................
Toivo Leola 03. detsember detsember Töö nr: 7&8 BIPOLAARTRANSISTORI UURIMINE Katseobjekt: Kasutatud seadmed: Õppida tundma bipolaartransistori omadusi. Juhtmed Tutvuda bipolaartransistori tööga ühisbaas- (ÜB-) ja ühisemitter- (ÜE-) ühenduses. Reostaat x2 Võtta üles transistori sisend- ja väljund- Bipolaartransistor (KT361E) tunnusjoonte sarjad, määrata nõrga signaali Toiteallikas x2 (PS613) režiimi parameetrid (h-parameetrid) ÜB- ja ÜE-ühenduses, võrrelda erinevate ühen- Milliampermeeter x2 (M104) duste puhul transistorastme olulisemaid Voltmeeter x2 (PSY) parameetreid. KT361E Pc =150 mW (t a=35 C) U CER 35V I C 50mA f T 250 MHz h21E 50...350 Rthja 670k / W +
kahesuunalise 36. Mida nimetatakse kaheoperatsiooniliseks türistoriks? 37. Miks pakuvad GTO-d suurt huvi? 38. Kus kasutatakse GTO-sid laialdaselt? 5.2.2. Küsimused transistoridest 1. Kes on esimese siirdetransistori leiutaja? Bardeen 2. Mille eest autasustati leidureid Nobeli preemiaga? Bj transistor 3. Mitu legeeritud piirkonda on transistoril? 3 4. Mis on transistori oluline operatsioon? võimendus 5. Mis on enamuslaengukandjad npn-transistori baasis? aukud 6. Kuidas tekitab npn-bipolaartransistor võimenduse? IC>IB 7. Milline on tavaliselt emitteri dioodi eelpinge? Päripinge 8. Millisel alusel on tehtud bipolaartransistor? . . 9. Millisel klemmilt algab npn-transistori elektronide vool? kollektor 10. Milline on elektronide peamine toime npn-transistori baasis? npn , , - () . (). , - , , , . 11. Millega võrdub bipolaartransistori vooluvõimendustegur? = IC / IB. 12. Kas kollektori toitepinge tõstmine suurendab baasi voolu? Jah 13
signaalimürade vähendamiseks. Inverteeriv võimendi Joonisel: inverteeriv võimendi Parameetrid 1. Sammuti omab suurt sisendtakistust ja väike väljundtakistus 2. Lisaks signaali võimendamisele teostab ka selle inverteerimist st. Väljundsignaal muutub vastupidises suunas sisendpingele 3. Võimendustegur: A= -RN / R1 Transistorid Bipolaartransistorid. Tööpõhimõte ja liigitus, Tunnusjooned, põhiparameetrid, põhilülitused. *BIPOLAARTRANSISTOR Bipolaar transistor on 2 p-n siirdega pooljuhseadis (diood on 1 p-n siirdega), mida kasutatakse põhiliselt elektriliste pingete voolude võimendamiseks ja signaalide genereerimiseks. Nimetus tuleneb sellest, et tööprotsessist võtavad osa kahte liiki laengukandjad: elektronid ja augud. *BIPOLAARTRANSISTOR ehitus Transistor on pooljuhtseadis millel on ( 2p-n siiret) ( emittersiire ja kollektorsiire). Transistor koosneb kolmest osast, millest kaks äärmist on ühesuguse juhtivusega ja kolmas
vastusuunas, mistõttu baas-kollektor p-n-siirde pot.barjäär suureneb. Vool sõltub takistusest, mis pole lineaarne st takistuse väärtus muutub transistori reziimi muutusega. Ie=30/re 35. Mis on vooluülekandetegur ja kuidas teda tähistatakse? Seda võib vaadelda kui vooluvõimendustegurit (alfa), kui sisendvooluks on emitterivool ja väljundvooluks kollektorivool. =Ik/Ie 36. Millised on bipolaartransistori ühendusviisid? Lk 107 emitter lülitus Bipolaartransistor on transistor, mis koosneb kolmest auk- ja elektronjuhtivusega kihist ja kahest nendevahelisest pn-siirdest. Bipolaartransistori (tavaliselt germaaniumist või ränist) struktuur võib olla pnp või npn. Pnp tüüpi transistor (~) - signaaliallikas R - koormustakisti, millele rakendadakse võimendatud signaal Nooltega on näidatud elektrivoolu suund
jupp juhet, mis garanteerib vooluringi olemasolu elektronlülituses. 4.Loogika baaselemendid NING, VÕI, EI. Lihtsaim seadis, mis sooritab sisendsignaalidega mingit loogikatehet. Neil on ainult kaks olekut 0 ja 1. Tähtsamad on invertor (EI), konjunktor (NING), disjunktor (VÕI), Pierce'i element (EI-EGA) ja Shefferi element (NING-EI). 5.Baaselemendid NING-EI, VÕI-EI. 6.HiZ otstarve, kasutusnäide, HiZ realiseerimise põhimõte. HiZ on sisuliselt kõrge takistus (miski kolmas olek). 7.Bipolaartransistor kui lüliti. Bipolaartransistoride germaaniumist või ränist pooljuhtstruktuur koosneb kolmest p- ja n-juhtivustüübiga kihist (pnp- või npn-struktuur) ning kahest nendevahelisest pn-siirdest. Ühe pn-siirde (näit emittersiirde) voolu muutumine põhjustab teise siirde (kollektorsiirde) takistuse muutumise. Bipolaartransistori tööks on vajalik erimärgiliste laengukandjate (neg elektronide ja pos aukude) olemasolu pooljuhis. 8.MOP-transistor. Metall-Oksiid-Pooljuht transistor
42. Valgusdiood. Millest sõltub valgusdioodi värvus? Valgusdiood (LED-Light Emitting Diode) – PN-siirdega pooljuhtelement, mis kiirgab ümbritsevasse ruumi elektromagnetlaineid. Elektromagnetlained võivad paikneda spektri nähtavas osas või infrapunases osas. Valgusdiood kiirgab kitsa spektriga valgust (monokromaatne). 43. Milleks on vaja valgusdioodi ühendamisel vooluringi kasutada takistit? Sest valgusdioodi PN-siire ei kannata kõrget pinget. 44. Bipolaartransistor, tööpõhimõte, siirete nimetused, juhtivustüübid. Bipolaartransistor – aktiivne pooljuhtseadis, mis koosneb kolmest P- ja Njuhtivusega kihist ning kahest nendevahelisest PN-siirdest. Võimendusprotsessist võtavad osa nii augud kui ka elektronid. Transistoril on kolm terminali, millega on ühendatud transistori kolm kihti Emitter Baas Kollektor Sõltuvalt transistori osade juhtivusest eristatakse PNP ja NPN juhtivusega transistore. 45. Transistori tähtsamad parameetrid.
Ua > 0 exp Ub < 0 I = -I 3 4 elektriline läbilöök, 4 5 termiline läbilöök. 26 Transistorid: kaks põhitüüpi: bipolaarsed unipolaarsed (väljatransistorid) Otstarve: reguleerida läbivvoolu sisendpingega Usis või sisendvooluga isis Bipolaartransistor. kasutamisel mõlema märgi laengukandjad (augud ja elektronid) kolmekihiline, 2-ga p-n siirdega seadis 27 Tingimus: PP >> nn Väline elektriväli puudub! Dünaamiline tasakaal P-n siirdeid läbivate diffusioon- ja triivivoolude võrdsus. Jdiff = Jtr 28 Bipolaartransistor elektriahelas Rakendame:
Teema 6. Analoogelektroonika lülitused M.Pikkovi ainekava ja konspekti järgsed allteemad (http://www.ttykk.edu.ee/aprogrammid/elektroonika_alused_MP.pdf, lk 60...85) - Transistor kui pidevatoimeline võimenduselement. - Võimendusaste üksiktransistoriga (bipolaartransistor ühise emitteriga ja väljatransistor ühise lättega lülituses). - Tööpunkt (ehk reziim) ja staatiline ning dünaamiline koormussirge. - Astmete aseskeemid. - Pingevõimendustegur ja sisendtakistus. - Järgurid, nende pingevõimendustegur ja sisendtakistus. - Ühise baasiga aste. - Astmetevaheline sidestus mitmeastmelises võimendis. - Tagasiside võimendites. - Tagasiside tüübi mõju võimendi põhiparameetritele. - Bipolaartransistori töö lülitireziimis.
ühine punkt on välisahela positiivseks pooluseks. Paarisnumbriliste ventiilide ühendatud anoodid on välisahela negatiivseks pooluseks. 44. Stabilitron ja stabistor. Stabilitroniga pingestabilisaator Stabilitron on pooljuhtdiood, mille tunnusjoonel on vooluteljega peaaegu paraleelne lõik, kus pinge sõltub voolust vähe 45. Bipolaartransitorid. ÜE-ühenduses transistori tunnusjooned ja parameetrid Bipolaartransistor on enamasti germaaniumist või ränist pooljuhtseadis, mis koodneb kolmest p- ja n-juhtivusega kihist ning kahest nendevahelisest pn-siirdest, kusjuures võimendusprotsessidest võtavad osa nii elektronid kui ka augud. ÜE(ühisemitriga)-ühenduses transistor on levinuim, kuna ta annab suure pinge- ja vooluvõimenduse ning sisend ja väljundtakistused ei ole teineteisest väga erinevad, see võimaldab astemid hõlbsalt sisendada.
endise oleku ja väljundsignaal „Q“ väljundil on endine. Kui mõlemil sisendil on signaal „1“, muutuvad mõlemad trigeri väljundid määramatuks. Aga selline signaalide kombinatsioon ei ole lubatud! 2)Sünkroonne RS-triger: sarnane asünkroonse ühetaktilise RS-trigeriga. Aga tema olek muutub ainult siis, kui sünkroniseerimissisendile C (Clock) on antud vastav sünkroniseerimissignaal. Pilet 2 1. Bipolaarne transistor Bipolaartransistor on vooluga juhitav transistor, mis koosneb kolmest erineva juhitavusega (auk – ja elektronjuhitavusega) kihist ja kahest nendevahelisest pn- siirdest. Transistori seda siiret, millele antakse päripinge, nimetatakse emittersiirdeks, ja sellega külgnevat ala emitteriks. Vastupingestavat siiret nimetatakse kollektorsiirdeks ja sellega külgnevat ala kollektoriks. Keskmine ala – baas – võib olla p- või n-juhtivusega, millele vastavalt on npn- ja pnp- struktuuriga transistore. Npn
bipolaartransistoridel, kus kollektori ja emitteri vaheline pingelang ei sõltu teda läbivast voolust. Sisselülitatud lülitina töötades on neil küll kanali takistus väga väike (minimaalselt mõni kümnendik oomi), kuid pingelang sõltub Ohmi seaduse kohaselt teda läbivast voolust. ELEKTROONIKAKOMPONENDID lk. 61 IGBT on liittransistor, kus sisendis on isoleeritud paisuga väljatransistor ja väljundis suurevõimsuseline bipolaartransistor. Peale nende sisaldab ta veel täiendavaid elemente. Tema skemaatiline ehitus, aseskeem ja tingmärk on toodud joonisel 7.11. Tänu sellisele ehitusele on ühises korpuses paiknevasse elementi liidetud väljatransistori suur sisendtakistus ja bipolaartransistori väike küllastuspingelang. Neid valmistatakse küllalt laias valikus erinevate parmeetritega erinevate kasutuste jaoks. JOONIS7.11. 7.5. Väljatransistoride eriliike 7.5.1
voolu reziimis s.o. töötamisel lülitina, ei ole sellist küllastusreziimi kui bipolaartransistoridel, kus kollektori ja emitteri vaheline pingelang ei sõltu teda läbivast voolust. Sisselülitatud lülitina töötades on neil küll kanali takistus väga väike (mõni kümnendik oomi), kuid pingelang sõltub Ohmi seaduse kohaselt teda läbivast voolust. IGBT on liittransistor, kus sisendis on isoleeritud paisuga väijatransistor ja väljundis suurevõimsusline bipolaartransistor. Peale nende sisaldab ta veel täiendavaid elemente. Tema skemaatiline ehitus, aseskeem ja tingmärk on toodud joonisel 5.12. Tänu sellisele ehitusele on ühises korpuses paiknevasse elementi liidetud väljatransistori suur sisendtakistus ja bipolaartransistori väike küllastuspingelang. Neid valmistatakse küllalt laias valikus erinevate parmeetritega erinevate kasutuste jaoks. JOONIS 5.12. 71 5.8. Väljatransistoride eriliike 5.8.1
ja emitteri vaheline pingelang ei sõltu teda läbivast voolust. Sisselülitatud lülitina töötades on neil küll kanali takistus väga väike (mõni kümnendik oomi), kuid pingelang sõltub Ohmi seaduse kohaselt teda läbivast voolust. 50 IGBT on liittransistor, kus sisendis on isoleeritud paisuga väijatransistor ja väljundis suurevõimsusline bipolaartransistor. Peale nende sisaldab ta veel täiendavaid elemente. Tema skemaatiline ehitus, aseskeem ja tingmärk on toodud joonisel 5.12. Tänu sellisele ehitusele on ühises korpuses paiknevasse elementi liidetud väljatransistori suur sisendtakistus ja bipolaartransistori väike küllastuspingelang. Neid valmistatakse küllalt laias valikus erinevate parmeetritega erinevate kasutuste jaoks. JOONIS 5.12. 5.8. Väljatransistoride eriliike 5.8.1
mitmesugused abilülitused. Nende puuduseks on väiksem lülituselementide arv ühel 1 kristallil ning seega ka tagasihoidlikumad funktsionaalsed võimalused. Teiseks oluliseks puuduseks on mitu suurusjärku suurem võimsustarve. Väljatransistoridel on ehitatud suurem osa mikroprotsessoreid ja mäluelemente, mis nõuavad suurt elementide tihedust ning vähem võimsust. Puuduseks on oluliselt väiksem töökiirus. Npn-bipolaartransistor: Räni-aluskristalli tekitatakse difusiooni teel n- ja p- piirkonnad, mis moodustavad transistori. Pärast difusiooniprotsesse kristalli pind oksüdeeritakse, mis annab väga hea SiO2-isoleerkihi. Kontaktpindade moodustamiseks jäetakse isoleerkihti maski abil sobivad avad. Ühendusjuhtmed moodustatakse alumiiniumist samuti fotolitograafia abil. Bipolaartransistore kasutatakse põhiliselt kahte tüüpi lülituselementide valmistamiseks
m faaside arv, mass temperatuur n pöörlemissagedus nurk P võimsus aheldusvoog p pooluste arv nurkkiirus Q laeng 6 Lühendid A amper M mega = 106 (eesliide) ac vahelduvvool MMF magnetomotoorjõud BJT bipolaartransistor MO mooduloptimum CFC voolu-sagedusjuhtimine MOS metall-oksiid pooljuht CSI vooluvaheldi MCT MOS-juhitav türistor dc alalisvool n nano = 10-9 (eesliide) DSP digitaal-signaaliprotsessor p piko = 10-12 (eesliide) DTC momendi vahetu juhtimine PDU impulse jaotusseade
annaabi.ee 
