TEHNIKAINSTITUUT Energiakasutuse eriala Üliõpilased: Õppeaasta: Rühm: A.Puis M.Pabusk R.Feldman 2014/2015 EK 1 ELEKTROONIKA ALUSED Juhendaja: Töö tehtud: Aruanne esitatud: 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
elektronid ja augud) ja unipolaar- ehk väljatransistorideks (juhtivuses osalevad elektronid või augud). Bipolaartransistore tüüritakse sisendvooluga, väljatransistore tüüritakse sisendpingega. 2. Kirjeldage lühidalt kahe erineva transistoriliigi tüürimise põhimõttelist vahet Bipolaartransistore tüüritakse sisendvooluga, väljatransistore tüüritakse sisendpingega. 3. Loetlege transistori kolm tööreziimi 4. Loetlege bipolaartransistori kolm lülitust ning kirjeldage lühidalt nende lülituste põhiomadusi Ühise baasiga-, emitteri- ja kollektoriga. 5. Nimetage unipolaartransistoride (väljatransistoride) kuus eri liiki Ühise emitteriga-, lättega-, baasiga-, paisuga-, kollektoriga ja neeluga.. 6. Milleks on vajalik bipolaartransistori tööpunkti fikseerimine? Joonistage tööpunkti fikseerimise kaks võimalikku skeemi (baasivoolu määramisega ja baasi-emitteripinge määramisega)
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 spetsiifilisem (emitterijärgur). Ühise baasiga lülitus on sageli kasutusel raadiotehnikas, sest võimaldab kõrgemaid sagedusi kasutada.
6. Darlington´i lülitus (liittransistor) 7. Formeerkanaliga MOP väljatransistor 8. Indutseerkanaliga (n-tüüpi) MOP-transistor 9. Indutseerkanaliga väljatransistor 10. Pooljuhtdioodid 11. Stabilitron 12. Türistor (ehitusskeem, pinge-voolu karakteristikud) 13. Väljatransistoride liigitus (koos tingmärkidega) 14. Elektronkiiretoru 15. Optronid 16. Optronid. Kõige kiiretoimelisem optron 17. Valgusdioodid 18. Vedelkristallpaneel. Eelised, puudused. 19. Resistiivne pingejagur 20. Bipolaartransistori töö lüliti režiimis 21. Bipolaartransistori väljundkarakteristikud ÜE-lülituse jaoks 22. Emitterijärgija. (skeem, pingevõimendustegur) 23. Galvaaniline (otse) sidestus võimendites (eelised, puudused) 24. Lihtne "voolupeegel" 25. Negatiivne tagasiside võimendites 26. Positiivse tagasiside mõju võimendi parameetritele 27. RC - sidestus (eelised ja puudused) 28. Trafosidestus (eelised ja puudused) 29. Võimendi põhiparameetrid 30
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. 1947.aastal avastasid USA teadlased John Bardeen ja Walter Brattain, et kui panna germaaniumkristalli külge elektrilised kontaktid, siis sellest väljuva elektrivoolu tugevus on olulisemalt suurem esialgsest elektrivoolu tugevusest. 1954 esimene ränialuseline transistor Maailma esimene transistor Click to edit Master text styles Second level Third level
Raadiosageduslik skeemitehnika ARUANNE Täitja(d): Juhendaja: Ivo Müürsepp Töö tehtud: 18. aprill 2012 Aruanne esitatud: Aruanne tagastatud Aruanne kaitstud ...................................... (juhendaja allkiri) Töö eesmärk: Tutvumine bipolaartransistoriga. Bipolaartransistori lihtsustatud mudel, transistor võimendina. Skeemi tööreziim, selle arvutamine. Skeemi montaaz makettplaadil, parameetrid ja nende mõõtmine. Kasutatavad seadmed: 1. Ostsilloskoobi mooduliga PicoScope 2205 varustatud personaalarvuti. 2. Toiteplokk EP-603. 3. Montaaziplaat, transistor (BC547B), takistid, kondensaatorid. 4. Ühendus- ja montaazijuhtmed 5. Pinsetid Transistorvõimendi skeem: Joonis 1. Alalisvooluvastusidega
- 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. - Stabiilse voolu generaatorid. Käesoleva teksti sisujaotus: 6.1 Võimendid: mõiste, liigitus ja põhiparameetrid 6.2 Võimendusastmed bipolaartransistori baasil 6.2.1 ÜE-lülituses transistor 6.2.2 ÜK-lülituses transistor e. emitterjärgija 6.2.3 ÜB-lülituses transistor 6.2.4 Transistori tööpunkt ja koormussirge 6.3 Võimendusastmete vaheline sidestus 6.3.1 RC-sidestus e. takistus-mahtuvuslik sidestus 6.3.2 Trafosidestus 6.3
Lk 103 Kollektor-baas ehk ühise baasiga lülituse vooluring on pingestatud pingeallika poolt 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
Laboratoorne töö: TRANSISTORVÕIMENDI ARUANNE Täitjad: Juhendaja: Ivo Müürsepp Töö tehtud: Aruanne esitatud: ............................................ Aruanne tagastatud: ............................................ Aruanne kaitstud: .............................................. ...................................... Töö eesmärk: Tutvumine bipolaartransistoriga. Bipolaartransistori lihtsustatud mudel, transistor võimendina. Skeemi tööreziim, selle arvutamine. Skeemi montaaz makettplaadil, parameetrid ja nende mõõtmine. Töö käik: 1. Koostasime transistorvõimendi (vt joonis 1) skeemi. Joonis 1. Alalisvooluvastusidega transistorvõomendusaste 2. Võimendi toitepingeks E valisime 9 V. 3. Transistori kollektorpinge UK0 valisime 6 V. 4. Transistori kollektorvool IK0 valisime 0,5mA 5. Emitteri pinge maa suhtes UE0 valisime 1,5V 6
tunnusjoonte määramine ja ampermeetrid, voltmeetrid. nende kasutamise oskuste arendamine. Skeem Teooria Transistor on kolme väljastusega täielikult tüüritav pooljuhtseadis. Tööpõhimõtte järgi jagatakse nad bipolaartransistorideks (juhtivuses osalevad elektronid ja augud) ja unipolaar ehk väljatransistorideks (jutivuses osalevad elektronid või augud). Järgnevalt vaatleme bipolaartransistori (edaspidi transistor) ehitust ja tööpõhimõtet. Transistoridest on enamlevinud räni- või germaaniumtransistorid. Transistori valmistamise aluseks võib olla näiteks p- juhtivusega räni monokristsll. Sinna tehtud süvenditesse sulandatakse kaks eri kaalutist tina (Sn) ja fofori (P) segu, et saada kõrglegeeritud n- piirkonnad (joonis 3.17). Transistoris tekkivad kolm vahelduva juhtivustüübiga ala, mida eraldavad kaks pnsiiret.
Analoogelektroonika 1.Transistori kasutamine võimenduselemendina. 2.Analoog- ja digitaalelektroonika erinevus. 3.RC-sidestus transistori reziimvoolude isoleerimiseks sisendsignaali allikast ja tarbija ahelast. 4.Trafosidestus samaks otstarbeks. 5.Balansslülitus (galvaaniline sidestus) samaks otstarbeks. 6.Bipolaartransistori ja MOP-transistori põhierinevused. 7.Operatsioonvõimendi ja selle parameetrid. Automaatikaseadmetes pidevsignaalidega sooritatavateks arvutusteheteks kasutatav suure võimendusteguriga alalispingevõimendi. Parameetrid: võimendustegur 8.Milleks on vajalikud operatsioonivõimendi balansseerimine ja korrigeerimine? 9.Võimendi sageduskarakteristik. Alumiste, keskmiste ja ülemiste sageduste mõisted. 10.OV mitteinverteeriv lülitus. 11.OV järgurina. 12
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. n ja p-kanaliga. 9.Pooljuhtdiood. Harilikult ühe pn-siirde või metall-pooljuhtkontaktiga ja kahe väljaviiguga pooljuhtseadis elektriliste suuruste muundamiseks. On töökindlad, kiiretoimelised, väikesed ja kerged ning tarbivad vähe võimsust. Kasut. Vahelduvvoolu alandamiseks, sageduse muundamiseks jne. 10.Dioodloogika
täiendavaid skeemitehnilisi võimalusi. Päripingestatud siiret nimetatakse emittersiirdeks, vastupingestatud siiret aga kollektorsiirdeks. Keskmist pooljuhtkihti nimetatakse baasiks ja selle juhtivustüüp on erinev emitteri ja kollektori ühesugusest juhtivustüübist. Elektroonika alused. Teema 3 Pooljuhtseadised 13 Joonis 3.10. Bipolaartransistori struktuur (npn- ja pnp-) ning tingmärgid [3]. Joonis 3.11. Planaarse ehitusega npn-transistori lihtsustatud ristlõige [12]. 3.4.1. Bipolaartransistor n-p-n transistori näitel Bipolaartransistor pingestatakse normaalses tööreziimis nii, et emittersiire on päripingestatud (pärivoolustatud) ja kollektorsiire vastupingestatud. Baas on kujundatud võimalikult õhukesena. Kuna baas on väga õhuke (paksus < 1 mm),
4. Optoelektroonika elemendid, infoesitusseadmed.......................................................................... 42 5. Analoogelektroonika lülitused....................................................................................................... 60 5.1. Elektrisignaali võimendamine. Transistor kui pidevatoimeline võimenduselement.............. 60 5.2. Võimendusastmed bipolaartransistori baasil.......................................................................... 62 5.3. Võimendusastmed väljatransistoride baasil............................................................................ 73 5.4. Tagasiside võimendites........................................................................................................... 77 5.5. Bipolaartransistori töö lüliti reziimis...............................
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. Leidke pingevõimendus, kui sisendpinge on 0.2 V ja väljundpinge on 10 V. 50 14. Milline on vooluvõimendustegur, kui sisendvool on 5 A ja väljundvool 10 mA? 2000 15. Kui vooluvõimendustegur on 200 ja kollektori vool on 100 mA, milline on siis baasi vool (A)? =IC/IB IB= IC/ =100mA/200=500 A 16. Kui transistoril on emitteri vool 10 mA ja kollektori vool on 9.95 mA, milline on siis baasi
Elektroonika alused. Teema 4 Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed 7 (43) Pikkov lk 44 Pikkov lk 45 Elektroonika alused. Teema 4 Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed 8 (43) 4.2.2.3 Fototransistor Fototransistor on bipolaar- või väljatransistori struktuuriga fotoelektriline seadis, mille väljundvool on tüüritav valgusvooga. Bipolaartransistori poolläbipaistva baasikihi kaudu siirde piirkonda langev valgus suurendab kollektorsiirde vastuvoolu. Suurenenud kollektorsiirde vool toimib baasivooluna, mistõttu resulteeriv kollektorivool suureneb vooluülekandeteguri kordselt. Sellest tulenevalt on fototransistor b » 50...200 korda fotodioodist tundlikum (0,1...0,5 A/lm). Et sama arv korda väheneb fototransistori toimekiirus, siis jääb bipolaartransistori struktuuriga fototransistoride piirsagedus sadadesse kilohertsidesse.
Olukorda aitab leevendada koormusega paralleelselt lülitatav diood, mis lühistab koormuse klemmidel tekkiva emj transistori väljalülitamise reziimis. Sel juhul tööpunkt ei liigu mitte enam punkti C vaid punkti D kus mõjuv pinge on praktiliselt 2 korda väiksem. Kasutatav diood peab olema piisava voolu ja vastupingega ja vooluimpulsi vähendamiseks võib lülitada temaga järjestikku kuni 10 takistuse. 1.5 Väljatransistor lüliti rezhiimis Peale bipolaartransistori püütakse järjest enam kasutada lülitireziimis töötamiseks ka väljatransistore. Väljatransistorid on pingega tüüritavad elemendid ja sisendvoolu puudumise tõttu on nende kasutamisel tüüriva signaali võimsus märksa väiksem kui samavõimsal bipolaartransistoril. Seni on piiranud väljatransistoride kasutamist lülitireziimis, eriti suurte võimsuste puhul asjaolu, et väljatransistoril puudub tüüpiline küllastusreziim, mille asemel on
see struktuur hävib. Selle omaduse tõttu jagab väljatransistoride paralleelühendus automaatselt voolusid struktuuride vahel ilma riknemise ohuta. Suurevõimsuselisi transistore kasutatakse sageli lülititena. Sellisel kasutusalal on vaja võimalikult väikest kanali takistust. Selle saavutamiseks on välja töötatud mitmeid võimsate MOSFET transistoride eriliike (näiteks D-MOSFET, mille kanali takistus võib olla ainult mõni kümnendik oomi) 5.5 Väljatransistor lüliti reziimis Peale bipolaartransistori püütakse järjest enam kasutada lülitireziimis töötamiseks ka väljatransistore. Väljatransistorid on pingega tüüritavad elemendid ja sisendvoolu puudumise tõttu on nende kasutamisel tüüriva signaali võimsus märksa väiksem kui sama võimsal bipolaartransistoril. Seni on piiranud väljatransistoride kasutamist lülitireziimis, eriti suurte võimsuste puhul asjaolu, et väljatransistoril puudub tüüpiline küllastusreziim, mille asemel on
hävib. Selle omaduse tõttu jagab väljatransistoride paralleelühendus automaatselt voolusid struktuuride vahel ilma riknemise ohuta. Suurevõimsuselisi transistore kasutatakse sageli lülititena. Sellisel kasutusalal on vaja võimalikult väikest kanali takistust. Selle saavutamiseks on välja töötatud mitmeid võimsate MOSFET transistoride eriliike (näiteks D-MOSFET, mille kanali takistus võib olla ainult mõni kümnendik oomi) 5.5 Väljatransistor lüliti reziimis Peale bipolaartransistori püütakse järjest enam kasutada lülitireziimis töötamiseks ka väljatransistore. Väljatransistorid on pingega tüüritavad elemendid ja sisendvoolu puudumise tõttu on nende kasutamisel tüüriva signaali võimsus märksa väiksem kui sama võimsal bipolaartransistoril. Seni on piiranud väljatransistoride kasutamist lülitireziimis, eriti suurte võimsuste puhul asjaolu, et väljatransistoril puudub tüüpiline küllastusreziim, mille asemel on suurevooluline niinimetatud
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. Kahe paisuga väljatransistor Dual-Gate FET Kahe paisuga väljatransistor on formeerkanaliga MOSFET transistor, mille kanalile on tekitatud kaks paisu joonisel 7.12 toodu kohaselt. Sellel transistoril on võimalus tüürida voolu korraga kahe signaali abil
annaabi.ee 
