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 osa on aga erineva juhtivusega. Vastavalt sellele, milline on kolmanda osa juhtivus valmistatakse kahte liiki bipolaartransistore : p-n-p ja n-p-n tüüpi. ( PnP nool sisse ¤ nool välja, NpN) ***PILT*** Ehitusest veel Transistorit võib vaadelda ka nagu kahte omavahel kokku ühendatud dioodi ning seal toimuvad protsessid on võrreldavad dioodides toimuvatega.
Kooskõlas eelmises punktis toodud valemiga võime kirjutada: IE + IE = Ic + IC + IB + IB. Siit järeldub, et IE = Ie + IB Sisend- ja väljundvoolude muutuste suhet nimetatakse vooluvõimendusteguriks: 29. Ühise emitteriga lülituse korral on sisendvooluks baasi vool, mis on vähemalt sada korda väiksem kui emitteri vool järelikult on sama palju kordi suurem sisend takistus. Ühise emitteriga lülituses on väljundpinge suhtes järjestikku mõlemad siirded. Nendes kollektorsiire on vastupingestatud ja on seetõttu suure takistusega, emitter-siire on päripingestatud ja väikese takistusega. Seetõttu enamus väljundpingest langeb kollektrosiirdele, kuid väike osa ka emitter-siirdele. See väike osa mõjutab, aga väljundpinge muuutuste korral emitter-voolu ja sealt omakorda kollektorvoolu ja tulemusena on väljundvoolu muutused väljundpinge muutumisel suuremad kui ühise baasiga lülitusel. Järelikult on väiksem ka selle lülituse väljundtakistus.
tunnusjoonte sarjad, mille abil saab hinnata transistori omadusi ja valida talitlusviisi. Eristatakse sisend- ja väljundtunnusjooni. ÜE- lülituse korral on sisendtunnusjooneks IB = f(UBE) kui UCE = const. ja väljundtunnusjooneks IK = f(UKE) kui IB = const. (joonis 3.21). Bipolaartransistor võib töötada kolmes põhitalitluses: 1. Võimenditalitluses (aktiivtalitluses) on emittersiire avatud (takistus väike) ja kollektorsiire suletud (takistus suur). 2. Sulgetalitluses on peale kollektorsiirde ka emittersiire suletud, s.t. mõlemal siirdel on vastupinge. 3. Küllastustalitluses on mõlemad siirded avatud. Baasivool võib tugevuselt muutuda võrreldavaks emitterivooluga. Küllastus tekib, kui pinge kollektoril muutub npntransistoris baasi suhtes negatiivseks; seejuures emitteri suhtes võib ta olla veel positiivne. Tulemused Sisendtunnusjooned
(Edaspidi räägime pnp transistorist. NPN transistoril pingete ja voolude polaarsused täpselt vastupidised.) Nagu jooniselt näha, pingestatakse emittersiire alati päripidi, mistõttu hakkavad enamuslaengukandjad (siin augud) liikuma emitterist baasi. Kuna baasis osutuvad nad vähemuslaengukandjateks, siis on nende konsentratsioon emittersiirde läheduses palju suurem, kui kollektorsiirde lähenduses, seega difusiooni tõttu hakkavad nad üle baasi laiali liikuma. Vastupingestatud kollektorsiire aga on laienenud baasi ning selle elektrivälja sattunud augud (teatavasti läbivad vähemuslaengukandjad siirde elektrivälja takistamatult) liiguvad edasi kollektorisse. Seetõttu on endiselt kollektorsiirde läheduses auke vähem, kui emittersiirde läheduses ning difusioon jätkub. Enamik auke liigub edasi kollektorisse ning ainult vähesed rekombineeruvad baasi elektronidega. Rekombineerunud
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), siis valdav enamik (>95%) päripingestatud emittersiirde kaudu sinna jõudnud elektrone (enamuslaengukandjaid) satuvab vastupingestatud kollektorsiirde elektrivälja mõjualasse, mis suunab elektronid kollektorisse, tekitades kollektorivoolu. Ainult väike osa elektrone rekombineerub baasis aukudega (vähemuslaengukandjatega), mis moodustavad osa
vahetatavad. Erinevus on selles, et emitteri juhtivus peab olema tunduvalt suurem kui kollektoril. See saavutatakse lisandite erinevate kontsentratsioonidega transistori eri osades. 6.2. Transistori tööpõhimõte Transistori ehitusest tulenevalt võime seda vaadelda ka kahe omavahel baasis kokkuühendatud dioodina. Seepärast on ka transistoris toimuvad protsessid mõnevõrra samased dioodis toimuvatega. Transistor lülitatakse alati tööle nii, et emittersiire pingestatakse päripingega ja kollektorsiire vastupingega (joonis 6.2). See reegel kehtib transistori tüübist sõltumata, kuid kuna eri tüüpi transistoridel on vastavate osade juhtivused vastupidised, siis on toitepingete polaarsuses erinevus, sõltuvalt sellest, kas n-p-n või p-n-p transistore. Vaatleme enamlevinud n-p-n transistori tööd. Kuna emittersiire on pingestatud avasuunas siis läbib teda tugev pärivool, mida kõige väiksemgi pinge muutus mõjutab tugevalt, kuna siirde päritakistus on väike
2. On soovitav, et igasuguse generaatori sisetakistus oleks võimalikult väike, sest mida väiksem on generaatori sisetakistus seda rohkem me võime generaatorit koormata . 4.3. Transistori tööpõhimõte Transistori ehitusest tulenevalt võime seda vaadelda ka kahe omavahel baasis kokkuühendatud dioodina. Seepärast on ka transistoris toimuvad protsessid mõnevõrra sarnased dioodis toimuvatega. Transistor lülitatakse alati tööle nii, et emittersiire pingestatakse päripingega ja kollektorsiire vastupingega (joonis 4.3). See reegel kehtib transistori tüübist sõltumata, kuid kuna eri tüüpi transistoridel on vastavate osade juhtivused vastupidised, siis on toitepingete polaarsuses erinevus, sõltuvalt sellest, kas kasutame N-P-N või P-N-P transistore. JOONIS 4.3. Vaatleme enamlevinud N-P-N transistori tööd. Kuna emittersiire on pingestatud avasuunas, siis läbib teda tugev pärivool, mida. kõige väiksemgi pinge muutus mõjutab
generaatori sisetakistus seda rohkem me võime generaatorit koormata . 28 4.3. Transistori tööpõhimõte Transistori ehitusest tulenevalt võime seda vaadelda ka kahe omavahel baasis kokkuühendatud dioodina. Seepärast on ka transistoris toimuvad protsessid mõnevõrra sarnased dioodis toimuvatega. Transistor lülitatakse alati tööle nii, et emittersiire pingestatakse päripingega ja kollektorsiire vastupingega (joonis 4.3). See reegel kehtib transistori tüübist sõltumata, kuid kuna eri tüüpi transistoridel on vastavate osade juhtivused vastupidised, siis on toitepingete polaarsuses erinevus, sõltuvalt sellest, kas kasutame N-P-N või P-N-P transistore. JOONIS 4.3. Vaatleme enamlevinud N-P-N transistori tööd. Kuna emittersiire on pingestatud avasuunas, siis läbib teda tugev pärivool, mida
väljatransistor on pingega tüüritava element. Seejuures sõltuvalt kasutatava transistori tüübist võib vajalik tööpunkti määrav paisu ja lättevaheline pinge olla kas negatiivne või positiivne. Samuti sõltub eelpinge polaarsus kasutatava transistori kanali juhtivusest. ÜB lülituse korral tuleb tagada, et emittersiire oleks VT RC pingestatud sobival määral pärisuunas ja kollektorsiire vastusuunas. N-P-N R 1 R E Usis Uvälj
Ühise emitteriga lülituse korral on sisendvooluks baasi vool, mis on vähemalt sada korda väiksem kui emitteri vool järelikult on sama palju kordi suurem sisend takistus. Ühise emitteriga lülituses on väljundpinge suhtes järjestikku mõlemad siirded. Nendes kollektorsiire on vastupingestatud ja on seetõttu suure takistusega, emitter-siire on päripingestatud ja väikese takistusega. Seetõttu enamus väljundpingest langeb kollektrosiirdele, kuid väike osa ka emitter-siirdele. See väike osa mõjutab, aga väljundpinge muuutuste korral emitter-voolu ja sealt omakorda kollektorvoolu ja tulemusena on väljundvoolu muutused väljundpinge muutumisel suuremad kui ühise baasiga lülitusel. Järelikult on väiksem ka selle lülituse väljund takistus
(Edaspidi räägime pnp transistorist. NPN transistoril pingete ja voolude polaarsused täpselt vastupidised.) Nagu jooniselt näha, pingestatakse emittersiire alati päripidi, mistõttu hakkavad enamuslaengukandjad (siin augud) liikuma emitterist baasi. Kuna baasis osutuvad nad vähemuslaengukandjateks, siis on nende konsentratsioon emittersiirde läheduses palju suurem, kui kollektorsiirde lähenduses, seega difusiooni tõttu hakkavad nad üle baasi laiali liikuma. Vastupingestatud kollektorsiire aga on laienenud baasi ning selle elektrivälja sattunud augud (teatavasti läbivad vähemuslaengukandjad siirde elektrivälja takistamatult) liiguvad edasi kollektorisse. Seetõttu on endiselt kollektorsiirde läheduses auke vähem, kui emittersiirde läheduses ning difusioon jätkub. Enamik auke liigub edasi kollektorisse ning ainult vähesed rekombineeruvad baasi elektronidega. Rekombineerunud elektronide ja
moodustavad baasivoolu IB. IEp = IKp + IBp ; = IKp/IEp ülekandetegur (0,996), näitab, palju auke on jõudnud kollektorini. . 29 Bipolaartransistor vooluga tüüritav seadis! Välispingete eesmärk on organiseerida transiitne laengukandjate voog. Vooluülekandetegur = IKp/IE = (IEp/IE)·(IKp/IEp) = Kuna kollektorsiire on vastupingestatud, tekib vastuvool IK0, mis sõltub temperatuurist. IK0 soojuslik vool. IB = IEn + IBp IK0 IE = IK + IB IK = IE + IK0 IB = (1 )IE IK0 ÜB lülitus 30 ÜE lülitus. 1 IK = IB + I Ko = I B + (1 + )I K 0 1- 1- IK = = kus (1 + )IK0 IK0(E) ja IB 1-
annaabi.ee 
