Föreläsning 8 iolära ransistorer Funktion biolär transistor Geometri nn D oeration, strömförstärkning Oerationsmoder Early-effekten n transistor 1
Komonentfysik - Kursöversikt iolära ransistorer n-övergång: kaacitanser Otokomonenter n-övergång: strömmar Minnen: Flash, DRAM MOSFE: strömmar MOSFE: laddningar n-övergång: nbyggd sänning och rymdladdningsområde Doning: n-och -ty material Laddningsbärare: Elektroner, hål och ferminivåer Halvledarfysik: bandstruktur och bandga Ellära: elektriska fält, otentialer och strömmar
deal transistor sänningsstyrd strömkälla i in out + + out V in - k V in V out - Ökande V in re-terminal komonent nsänning: V in tström: out =k V in - oberoende av V out V out isolerad från ingången! Hög förstärkning: D out /DV in stor! Hur konstruerar vi en biolär transistor? Varför behöver en transistor biaseras? V out 3
n-övergång strömmar under biasering ngen Sänning: Framsänning: acksänning: E Fn e a E F E F e a E Fn -d n d Framsänning: njecerar laddning stor diffusionsström 0 ex( a / ) acksänning: ar bort laddning: - mycket liten diffusionsström 0 Exonentiellt beroende a Oberoende av a 4
iolär transistor: nn n=n o ex( a /k) n 0 E P E Fn e a -d n d Framsänd emittor-bas njecerar elektroner acksännd bas-kollektor Drar ut elektroner : oberoende av 5
E ökar iolär transistor: nn Electron diffusionsströmmar E ökar E 6
Reetition - diffusionsströmmar n n konstant: dn( x) ea n nx ax b dx n(0) n( W ) n(0) n( x) x n(0) W n(0)>>n(w ) 0 dn ( x) n( W ) n n(0) dx W W n(w ) W x 7
nn biolär transistor, geometri & doningar Emitter as Kollektor W E W W Doning DE Donator -ty DE P A D A Emitter Accetor P-ty - + E - + as D Kollektor 013-04-3 Föreläsning 8, Komonentfysik 01 8
eräkning av diffusions-strömmarna n (0) n i A ex( V E ) n ( W ) n i A ex( ) 0 W E DE n( W E ) n0 n (0) n i DE W P A ex( V E ) W D n ea ea n dn ( x) dx dn( x) dx Elektrongradient mellan Emittor-kollektor: Kollektorström (tsignal) Hål-Gradient mellan as-emittor: asström (insignal) 9
iolär transistor: nn från Analogelektroniken as Kollektor E Gemensam emitter (GE, E): E > 0 ( E 0.7 V) < 0 E > E E E Emitter bas ex( E / ) kollektor c = β E = + Oberoende av Styrs av E E emitter b F E 10
iolär transistor: nn aktiv mod Kollektor 0.1 V E =0.816V as E E Emitter E Kollektorström (A) 0.08 0.06 0.04 0.0 V E =0.810V V E =0.798V V E =0.781V E > 0.7V E - E > 0.-0.3V V E =0.0V 0 0 1 3 4 V ce (V) 11
Aktivt Mod as & Kollektorströmmar E ea nn W W ea E A n DE i i ex( ex( E E ) ) as E Kollektor Emitter E b h FE nw W E DE A E as-emitter framsänd: Flyter både hål (bas) och elektron (kollektor) ström! Stor strömförstärkning: A < DE. W << W E Gäller om E - E > 0 : as-kollektor ska vara backsänd! 1
1 minuts öving ermisk stabilitet En biolär transistor biaseras med E =0.7V vid =300K Ökar/Minskar strömmen om ökar till 340K? P ea n W n i ex( E ) E A Varför kan det leda till att transistorn går sönder? 13
Aktiv Mod vå-ort vid D - Storsignal ea W b E n DE i E ex( ) 0 ex( E ) Samma 0 som för en diod Kollektor bas ska vara tillräckligt backsänd: E > E + 0.3 oberoende av E! as Kollektor E b F E emitter 14
Exemel nn transistor i aktiv mod ea nn W W ea E A n DE i i ex( ex( E E ) ) b h FE nw W eräkna E så att =5mA eräkna: & b! E DE A Doning & Geometri: DE = 10 5 m -3 A = 10 4 m -3 D = 10 3 m -3 A=10 4 µm W = 0.5 µm, W E =W = 5 µm Konstanter: µ n = 0.135 m /Vs µ = 0.045 m /Vs n i =10 16 m -3 V =5.6 mv e br =30 MV/m Sänningar: E = 1.7 V 15
Emittor minuter övning rita in minoritetsladdningarna as + E - + - Kollektor + E - + - ormal, Aktiv Mod E + E - + - Hålkoncentration + E - + - Elektronkoncentration 16
Oerationsmoder nverterad ottnad + E - + - Stryt + E - + - ormal, Aktiv Mod stor liten c beror å E + E - + - 0 0 A Hålkoncentration + E - + - Elektronkoncentration 17
iolär transistor: bottnad 0.1 Kollektorström (A) 0.08 0.06 0.04 0.0 0 Stryt 0 1 3 4 V ce (V) E > 0.V = 3 ma = ma = 1mA 0mA E > 0.6V 18
Early-effekten basviddsmodulation Emitter as Kollektor DE W P A D E = E,1 E, 1 W (1, eff e E A E ) 0 E = 0.7 V E - A 1 A - Earlysänningen 19 E
n biolär transistor, geometri Emitter as Kollektor Aktivt Mod: E P AE D P A E < 0 > 0 E < 0 E flyter in i emittern flyter ut ur kollektorn V E < 0 V > 0 0
Strömmar: n transistor i aktiv mod ea W E n D ea nn W AE i i ex( ex( E E ) ) b h FE W W n E AE D b b n nn W W n nw W E E AE D DE A Alla halvledare har µ n > µ PP har alltid sämre restanda än P! Kisel: b n / b nn 0.1 1
Sammanfattning b, h fe : Strömförstärkning A Accetor doning as (m -3 ) DE Donatordoning emitter (m -3 ) D Donatordoning kollektor (m -3 ) A Earlysänning (V) 013-04-3 Föreläsning 8, Komonentfysik 01