Föreläsning 11 Bipolära Transistorer I. BJT Bipolar JuncDon Transistor. FunkDon bipolär transistor. DC operadon, strömförstärkning

Transkript

1 Föreläsning 11 ipolära ransistorer J ipolar JuncDon ransistor FunkDon bipolär transistor Geometri npn D operadon, strömförstärkning OperaDonsmoder Early- effekten pnp transistor G. alla 1

2 deal transistor spänningsstyrd strömkälla i in out + + out V in - k V in V out - Ökande V in re- terminal komponent deal ransistor nspänning: V in tström: out k V in - oberoende av V out V in oberoende av V out isoladon! Hur konstruerar vi en bipolär transistor? Varför behöver en transistor biaseras? V out 2

3 npn- transistor från två pn- övergångar! Varför blir en npn- övergång en transistor? Vilken karakterisdk förväntar vi oss? 3

4 Framspänd pn- övergång nn po exp( a /k) A E Fn e a - d n d p P a 4

5 ackspänd pn- övergång nn p0 exp( a /k) n 0 n p0 n i2 / A A E Fn e a - d n d p A P P a - a 5

6 ipolär transistor: npn nn po exp( a /k) n 0 E P E Fn e a - d n d p Framspänd emidor- bas njicerar elektroner Styrs av E ackspänd bas- kollektor Drar ut elektroner : oberoende av 6

7 ipolär transistor: npn Elektron diffusionsströmmar E ökar E ökar E 7

8 RepeGGon - diffusionsströmmar n n konstant: dn( x) ea µ n n ( x) ax+ b dx n(0) n(x) n(w ) n(0) W x + n(0) n(0)>>n(w ) ( 0) dn ( x) n( W ) n n(0) dx W W n(w ) W x 8

9 npn bipolär transistor, geometri & dopningar Emider as Kollektor W E W W Dopning Donator - typ DE - + E DE P A D - + A Emider Acceptor P- typ as D Kollektor En ea µ n n i 2 W A exp( E ) p ea 2 µ p n i W E DE exp( E ) 9

10 AkGv Mod as & Kollektorströmmar E ea µ nn W W ea + E A µ n p DE 2 i 2 i exp( exp( E E ) ) as E Kollektor Emider E β hfe µ nw µ W p E DE A unn bas! Låg basdopning! Hög EmiRerdopning! E as- emider framspänd: Flyter både hål (bas) och elektron (kollektor) ström! Stor strömförstärkning: A < DE. W << W E Gäller om E - E > 0 : as- kollektor ska vara backspänd! 10

11 Exempel npn transistor i akgv mod ea µ nn W W ea E A µ n p DE 2 i 2 i exp( exp( E E ) ) β hfe eräkna β! µ nw µ W p E DE A Dopning & Geometri: DE m - 3 A m - 3 D m - 3 A10 4 µm 2 W 0.5 µm, W E W 5 µm Konstanter: µ n m 2 /Vs µ p m 2 /Vs n i m - 3 V 25.6 mv Spänningar: E 1.7 V 11

12 AkGv Mod vå- port vid D - Storsignal ea W β E µ n p DE 2 i E exp( ) 0 exp( E ) Samma 0 som för en diod Kollektor bas ska vara Dllräckligt backspänd: E > E oberoende av E! as Kollektor E β F E emider 12

13 ipolär transistor: npn akgv mod Kollektor 0.1 V E 0.816V as E E Emider E Kollektorström (A) V E 0.810V V E 0.798V V E 0.781V E > 0.7V E - E > V 0 V E 0.0V V ce (V) 13

14 1 minuts öving ermisk stabilitet En bipolär transistor biaseras med E 0.7V vid 300K Ökar/Minskar strömmen om ökar Dll 340K? ea µ n W 2 n i exp( E ) A Varför kan det leda Dll ad transistorn går sönder? P E 14

15 Early- effekten basviddsmodulagon Emider as Kollektor DE E 5V 20 V W,eff P A D 1 W, eff e E E 0.7 V E E

16 Early- effekten basviddsmodulagon 1 E e W,eff + - A E ( 1 ) 0 A E 1 e W d p E 1 2 A - Earlyspänningen E Karakteriseras med A : Earlyspänning Stor A låg utgångskonduktans (bra!) mindre beroende av E om W är stor d p liten jock bas! Hög basdopning! Högt β och högt A är svårt! β hfe µ nw µ W 16 unn bas! Låg basdopning! Hög EmiRerdopning! p E DE A

17 OperaGonsmoder nverterad ornad + E Strypt + E ormal, AkGv Mod stor liten beror på E + E A HålkoncentraDon + E ElektronkoncentraDon 17

18 ipolär transistor: bornad 0.1 Kollektorström (A) odnad 3 ma 2 ma 1mA E > 0.6V 0 Strypt 0mA V ce (V) E > 0.2V 18

19 pnp bipolär transistor, geometri Emider as Kollektor AkDvt Mod: E P AE D P A E < 0 > 0 E < 0 E flyter in i emidern flyter ut ur kollektorn V E < 0 V > 0 19

20 Strömmar: pnp transistor i akgv mod ea W E µ n p D ea µ nn W AE 2 i 2 i exp( exp( E E ) ) β h FE µ W p µ W n E AE D β β pnp npn p E AE Alla halvledare har µ W µ W n µ nw µ W p E D DE A µ n > µ p PP har alldd sämre prestanda än P! Kisel: β pnp / β npn

21 SammanfaRning β, h fe : Strömförstärkning A Acceptor dopning as (m - 3 ) DE Donatordopning emider (m - 3 ) D Donatordopning kollektor (m - 3 ) A Earlyspänning (V) 21