Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Elektronske komponente
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Bipolarni tranzistor
Univerzitet u Nišu, Elektronski fakultet
Katedra za mikroelektroniku
Zoran Priji´c – predavanja 2014.
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Sadržaj
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija (informativno)
Elektriˇcne karakteristike
Tranzistor kao prekidaˇc
Tranzistor kao pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Definicija
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Bipolarni tranzistor (bipolar junction transistor – BJT) je
poluprovodniˇcka komponenta koja ima tri elektrode. One
se nazivaju emitor, baza i kolektor (emitter, base, collector).
U zavisnosti od tehnološke realizacije, razlikuju se dve vrste
bipolarnih tranzistora:
◮
npn tranzistori
◮
pnp tranzistori
Reˇc tranzistor je kovanica koja potiˇce od engleskih reˇci transferred i resistance.
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Elektronske
komponente
Elektriˇcni simboli
(a) npn tranzistor; (b) pnp tranzistor
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Kolektor (C)
Kolektor (C)
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Q
Baza (B)
Q
Baza (B)
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Emitor(E)
Emitor(E)
(a)
(b)
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Uobiˇcajena slovna oznaka za bipolarni tranzistor u elektriˇcnim šemama je Q.
Struktura
Struktura i osnovna polarizacija npn (a) i pnp (b) tranzistora.
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Bipolarni tranzistor se sastoji od dva pn spoja: (1) izmed¯u
baze i emitora (BE) i (2) baze i kolektora (BC). Osnovna
polarizacija podrazumeva da je prvi p–n spoj polarisan direktno, a drugi inverzno.
Polarizacija
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Smisao polarizacije je u tome da omogu´ci protok struje kroz
tranzistor, od kolektora ka emitoru, pri ˇcemu se intenzitet tog protoka kontroliše preko baze. Realna polarizacija
npn tranzistora pretpostavlja upotrebu naponskih izvora i
otpornika (polarizacija pnp tranzistora je analogna, s tim
što su naponski izvori suprotnog znaka).
Završne napomene
Sadržaj
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija (informativno)
Elektriˇcne karakteristike
Tranzistor kao prekidaˇc
Tranzistor kao pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Princip rada
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Elektroni u tranzistor ulaze preko kontakta emitora, ˇcine´ci
na taj naˇcin struju emitora IE . Pod dejstvom napona direktne polarizacije VBE , elektroni iz emitora prelaze u bazu,
a šupljine iz baze u emitor.
Princip rada
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Pošto se šupljine kre´cu samo prividno, njihovo kretanje u
stvari predstavlja kretanje elektrona koji napuštaju tranzistor kroz kontakt baze, ˇcine´ci na taj naˇcin struju baze IB .
Princip rada
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
S obzirom da je emitor jako dopiran (n+ ), broj elektrona
koji prelaze u bazu je mnogo ve´ci od broja šupljina koje
prelaze u emitor. Pošto je baza tanka, najve´ci broj elektrona
koji u nju ud¯u iz emitora difuzijom stiže do osiromašene
oblasti p–n spoja baza–kolektor.
Princip rada
Simboliˇcki prikaz struja unutar npn tranzistora.
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Ovi elektroni, pod uticajem elektriˇcnog polja sa kolektora,
bivaju prevuˇceni preko osiromašene oblasti, tako da dalje
prolaze kroz oblast kolektora. Elektroni izlaze iz tranzistora na kontaktu kolektora, ˇcine´ci na taj naˇcin struju kolektora IC .
Princip rada
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Naziv bipolarni tranzistor je asocijacija na ˇcinjenicu da u
transportu uˇcestvuju obe vrste nosilaca naelektrisanja (elektroni i šupljine). Unutar tranzistora postoje još i struje koje
su posledica rekombinacionih procesa, ali one ovde ne´ce
biti detaljinije razmatrane. Ipak, treba napomenuti da ove
struje, pod odred¯enim uslovima, mogu znaˇcajno da utiˇcu
na osobine tranzistora.
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Elektronske
komponente
Princip rada
Struje
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struje na kontaktima tranzistora oˇcigledno su povezane relacijom:
IE = IB + IC ,
(1)
pri ˇcemu je struja kolektora mnogo ve´ca od struje baze.
Struja kroz p–n spoj je:
V
I = IS exp
−1 ,
(2)
Vt
pri ˇcemu je V napon na p–n spoju, IS je inverzna struja zasi´cenja p–n spoja, a Vt je termiˇcki napon1 .
1
Videti predavanja o diodama.
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Elektronske
komponente
Princip rada
Strujno pojaˇcanje
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Pošto je p–n spoj baza–emitor direktno polarisan, struje
baze i kolektora su eksponencijalno zavisne od napona VBE .
Zbog toga je njihov odnos konstantan:
β=
IC
IB
!!!
(3)
Veliˇcina β naziva se strujno pojaˇcanje (current gain), a oznaˇcava se još i kao βDC .
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Elektronske
komponente
Princip rada
Strujno pojaˇcanje
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Vrednost strujnog pojaˇcanja se, zavisno od tranzistora, standardno kre´ce u opsegu 50–500. Tipiˇcne vrednosti su 100–
200, što znaˇci da je struja kolektora npr. 100 puta ve´ca
od struje baze! Koriš´cenjem definicije strujnog pojaˇcanja,
struja emitora se može izraziti u obliku:
IE = (1 + β )IB ,
(4)
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
pri ˇcemu se, za β ≫ 1, koristi aproksimacija:
IE ≃ β IB = IC .
Završne napomene
(5)
Princip rada
(a) npn tranzistor i (b) pnp tranzistor u konfiguraciji sa zajedniˇckim
emitorom
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Mogu se razlikovati ulazno i izlazno kolo, sa referencom na
zajedniˇcku elektrodu. Pošto je zajedniˇcka elektroda emitor,
ulazno kolo se u ovom sluˇcaju naziva kolo baze, a izlazno
kôlo kolektora.
Princip rada
(a) npn tranzistor i (b) pnp tranzistor u konfiguraciji sa zajedniˇckim
emitorom
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Struja baze se može posmatrati kao kontrolni parametar u
ulaznom kolu, pomo´cu koga se upravlja strujom kolektora
u izlaznom kolu. Mala promena struje baze izaziva veliku
promenu struje kolektora, pa se tranzistor može posmatrati
kao pojaˇcavaˇc struje.
Završne napomene
Princip rada
(a) npn tranzistor i (b) pnp tranzistor u konfiguraciji sa zajedniˇckim
emitorom
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Pored toga, kada nema struje baze (u odsustvu napona VBB ),
tada nema ni struje kolektora, pa se tranzistor može posmatrati kao prekidaˇc. Kao zakljuˇcak se može izvesti:
◮ Dva osnovna naˇ
cina primene bipolarnog tranzistora
su: pojaˇcavaˇc i prekidaˇc.
Pored konfiguracije sa zajedniˇckim emitorom, mogu´ce su i
konfiguracije sa zajedniˇckom bazom, kao i sa zajedniˇckim
kolektorom.
Optokapler
Završne napomene
Sadržaj
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija (informativno)
Elektriˇcne karakteristike
Tranzistor kao prekidaˇc
Tranzistor kao pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Tehnološka realizacija
Ilustracija tehnološke realizacije npn tranzistora kao diskretne
komponente
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Kada se realizuju kao diskretne komponente, na jako dopirani supstrat se nanosi slabo dopirani epitaksijalni sloj.
Supstrat i epitaksijalni sloj su dopirani primesama istog tipa.
Zatim se uzastopnim difuzijama formiraju baza i emitor.
Tehnološka realizacija
Ilustracija tehnološke realizacije npn tranzistora kao diskretne
komponente
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Jako dopirani supstrat smanjuje rednu otpotnost do kontakta kolektora, jer je debljina supstrata nekoliko stotina
µm. Time se omogu´cava da najve´ci gradijent napona VBC
bude upravo na delu epitaksijalnog sloja izmed¯u supstrata
i difuzije baze.
Tehnološka realizacija
Ilustracija tehnološke realizacije npn tranzistora kao diskretne
komponente
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
To rezultira elektriˇcnim poljem koje je dovoljno jako da
elektrone prevuˇce preko osiromašene oblasti p–n spoja baza–kolektor. Dodatna p+ difuzija unutar baze služi za ostvarivanje dobrog omskog kontakta izmed¯u tela baze i metalizacije.
Elektronske
komponente
Tehnološka realizacija
Primer profila primesa diskretnog npn tranzistora (presek duž dela
zamišljene linije E − C).
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
20
n+ supstrat
n+ emitor
Struktura
Princip rada
19
Tehnološka realizacija
(informativno)
p baza
Neto koncentracija primesa (cm-3)
18
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
17
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
n kolektor
16
Fototranzistor
15
Optokapler
14
Završne napomene
13
p-n spoj baza-emitor
12
p-n spoj baza-kolektor
11
0
1
2
3
4
5
x (µm)
6
7
8
9
10
Tehnološka realizacija
Ilustracija tehnološke realizacije npn tranzistora kao komponente u
integrisanim kolima
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Kada se realizuju u okviru integrisanih kola tada se na istom
ˇcipu (odnosno u istom supstratu), pored bipolarnog tranzistora, nalaze i druge komponente. Zbog toga je izmed¯u
njih potrebno obezbediti elektriˇcnu izolaciju. To se postiže
spajanjem supstrata na najniži potencijal u kolu, ˇcime je p–
n spoj koji ˇcine supstrat i epitaksijalni sloj stalno inverzno
polarisan.
Optokapler
Završne napomene
Tehnološka realizacija
Ilustracija tehnološke realizacije npn tranzistora kao komponente u
integrisanim kolima
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Treba primetiti da su u ovom sluˇcaju supstrat i epitaksijalni sloj dopirani primesama razliˇcitog tipa. Tako se epitaksijalni sloj deli na tzv. izolaciona ostrva, unutar kojih se
realizuju pojedinaˇcne komponente. Komponente su med¯usobno izolovane inverzno polarisanim p–n spojem supstrat–
epitaksijalni sloj. Postoje i druge tehnike izolacije izmed¯u
komponenata u integrisanim kolima.
Optokapler
Završne napomene
Elektronske
komponente
Tehnološka realizacija
Ilustracija tehnološke realizacije npn tranzistora kao komponente u
integrisanim kolima
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
+
Redna otpornost kolektora se smanjuje dodavanjem n difuzije duž dela izolacionog ostrva. U ovom sluˇcaju struja
kroz tranzistor teˇce lateralno.
Pakovanja
Pakovanja diskretnih bipolarnih tranzistora
Diskretni bipolarni tranzistori se pakuju u razliˇcita ku´cišta,
ˇciji materijal, oblik i dimenzije prvenstveno zavise od namene tranzistora. Ku´cišta su standardizovana i prilagod¯ena
odred¯enom naˇcinu montaže.
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Diskretni bipolarni tranzistori u ku´cištima: TO-92 (straight
lead), TO-92 (bent lead), TO-18, TO-39 i TO-126 (s leva
na desno).
Pakovanja
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Neka ku´cišta se odlikuju dodatnim otvorima koji su predvid¯eni za priˇcvrš´civanje hladnjaka.
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Pomo´cu bipolarnih tranzistora u integrisanim kolima realizuju se složenija elektronska kola. Ova kola predstavljaju
ve´ce funkcionalne celine (npr. operacioni pojaˇcavaˇci), pa se
tranzistorima unutar njih ne može pojedinaˇcno pristupiti.
Pakovanja
Elektronske
komponente
Disipacija snage
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Termovizijska slika raspodele temperature na tranzistoru
BD241C pri kontinualnom protoku struje IC ≃ 2.5 A. Na
ku´cište tranzistora je montiran rebrasti hladnjak. Skala je
u opsegu 27 ◦C–136 ◦C.
Podela
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Diskretni bipolarni tranzistori se prema nameni mogu uopšteno podeliti na:
Elektriˇcne
karakteristike
◮
tranzistore opšte namene (general purpose BJTs),
Tranzistor kao
prekidaˇc
◮
tranzistore za rad na visokim uˇcestanostima (RF
BJTs)2 ,
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
◮
tranzistore snage (power BJTs).
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
2
RF je skara´cenica od Radio Frequency.
Elektronske
komponente
Elektriˇcne karakteristike
Bipolarni tranzistor
Prilikom analize elektriˇcnih karakteristika bipolarnog tranzistora potrebno je posmatrati promenu razlike potencijala
izmed¯u elektroda u zavisnosti od spoljašnje polarizacije:
+VBB
B
-
+
VBE E
-
Tehnološka realizacija
(informativno)
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Q1
VCE
+
IB
Princip rada
Tranzistor kao
prekidaˇc
IC
VBC
RB
Struktura
Elektriˇcne
karakteristike
+VCC
RC
- C
Struktura i princip
rada
IE
-
Završne napomene
Elektronske
komponente
Elektriˇcne karakteristike
Bipolarni tranzistor
+VCC
RC
- C
+VBB
Struktura i princip
rada
IC
-
Struktura
Princip rada
+
Tehnološka realizacija
(informativno)
VBC
RB
B
Q1
VBE E
Elektriˇcne
karakteristike
VCE
+
IB
IE
-
Tranzistor kao
prekidaˇc
-
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Kada je p–n spoj baza–emitor direktno polarisan, tada je
napon VBE ≥ VD , pri ˇcemu je VD ≃ 0.75 V ugrad¯eni napon
p–n spoja. U tom sluˇcaju je:
IB =
VBB − VBE
RB
.
(6)
Za konstantnu vrednost napona VBB ´ce i struja IB biti konstantna.
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Elektronske
komponente
Elektriˇcne karakteristike
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
+VCC
Struktura
Princip rada
RC
- C
+VBB
Tehnološka realizacija
(informativno)
IC
-
+
VBC
RB
B
Q1
VCE
+
IB
VBE E
-
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
IE
-
Fototranzistor
Optokapler
Ako je napon VCC = 0 V, tada je i p–n spoj baza–kolektor direktno polarisan, pa je VBC ≃ VD . Struja koja teˇce kroz tranzistor je struja direktne polarizacije p–n spoja baza–emitor,
odnosno IE ≃ IB (zbog prisustva otpornika RC je IC ≃ 0 A).
Završne napomene
Elektronske
komponente
Elektriˇcne karakteristike
Bipolarni tranzistor
+VCC
RC
- C
+VBB
Struktura i princip
rada
IC
-
Struktura
+
RB
B
Q1
VCE
+
IB
VBE E
-
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
VBC
IE
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
-
Porast napona VCC uzrokuje porast napona VCE , odnosno
smanjenje napona VBC . Kroz tranzistor poˇcinje da teˇce struja
IC
VCC − VCE
IC =
,
(7)
RC
koja raste kako se smanjuje napon direktne polarizacije p–
n spoja baza–kolektor VBC . Drugim reˇcima, sa smanjenjem
napona VBC tranzistor postaje „propusniji“ .
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Elektronske
komponente
Elektriˇcne karakteristike
Bipolarni tranzistor
+VCC
RC
- C
+VBB
Struktura i princip
rada
Struktura
IC
-
Princip rada
+
VBC
RB
B
Q1
VCE
+
IB
VBE E
-
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
IE
-
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Kada p–n spoj baza–kolektor postane inverzno polarisan,
pojavljuje se pojaˇcavaˇcki efekat (VBC ≤ 0 V ⇒ VCE ≥ VD u
idealnom sluˇcaju). Tada struja IC postaje konstantna i odred
¯ena relacijom (3). Tranzistor je postigao maksimum svoje
„propusne mo´ci“ pri datoj struji IB . Zbog toga dalje smanjenje napona VBC (zbog porasta napona VCC ) ne pove´cava
stuju IC .
Optokapler
Završne napomene
Elektronske
komponente
Elektriˇcne karakteristike
Zavisnost struje kolektora od napona izme¯
du baze i kolektora kod npn
tranzistora
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
120
IB = Const.
Struktura
Princip rada
IC (mA)
100
Tehnološka realizacija
(informativno)
80
Elektriˇcne
karakteristike
60
Tranzistor kao
prekidaˇc
40
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
20
Optokapler
VD
Završne napomene
0
-1
-0,75
-0,5
-0,25
0
0,25
0,5
0,75
1
VBC (V)
Realno, pojaˇcavaˇcki efekat ´ce se ispoljiti dok je p–n spoj
baza–kolektor još uvek direktno polarisan, ˇcim napon VBC
opadne dovoljno da kroz spoj ne teˇce znaˇcajna struja direktne polarizacije.
Elektriˇcne karakteristike
Zakoˇcenje
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Kada je napon VBB = 0 V, p–n spoj baza–emitor nije direktno polarisan. Zbog toga je IB = 0 A, pa ne teku ni struje IE i
IC , tako da je VCE ≃ VCC . Tranzistor se može smatrati zakoˇcenim (cutoff) ili iskljuˇcenim. Kada je tranzistor zakoˇcen,
kroz njega teku samo inverzne struje zasi´cenja p–n spojeva,
koje se na sobnoj temperaturi mogu zanemariti. Suštinski,
zakoˇcenje tranzistora se može posmatrati kao situacija u
kojoj su oba p–n spoja inverzno polarisana.
◮
Tranzistor je zakoˇcen kada su mu oba p–n spoja
inverzno polarisana.
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Elektriˇcne karakteristike
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Kada napon VBB poraste tako da direktno polariše p–n spoj
baza–emitor, kroz tranzistor teˇce struja IB . Porast napona
VBB uzrokuje i porast struje IB , prema (6). Sa porastom
struje IB raste i struja IC , prema (3). Za svaku konkretnu
vrednost struje IB se može nacrati po jedna kriva koja prikazuje zavisnost struje IC od napona VCE . Time se, koriš´cenjem struje IB kao parametra ulaznog kola, može dobiti
skup strujno–naponskih karakteristika izlaznog kola. Ovaj
skup predstavlja izlazne karakteristike tranzistora.
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Elektriˇcne karakteristike
Izlazne karakteristike
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Elektriˇcne karakteristike
Zasi´cenje
Med¯utim, porast struje IC zbog porasta struje IB izaziva i
smanjenje napona VCE , jer pad napona na otporniku RC
raste:
VCE = VCC − IC RC .
(8)
Kada napon VCE postane dovoljno mali da p–n spoj baza–
kolektor bude direktno polarisan, struja IC naglo opada, jer
pojaˇcavaˇcki efekat više ne može da se održi. Zbog toga
što su oba p–n spoja direktno polarisana, baza je zasi´cena
(saturated) elektronima koji se u nju injektuju iz emitora i
kolektora. Prema tome, postoji graniˇcna vrednost napona
VCE pri kojoj porast struje IB više ne izaziva porast struje
IC . Ova vrednost se naziva napon zasi´cenja i oznaˇcava sa
VCE(sat) . Radni režim tranzistora pri ovakvim uslovima polarizacije naziva se zasi´cenje.
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Elektriˇcne karakteristike
Zasi´cenje
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
◮
Tranzistor je u zasi´cenju kada su mu oba p–n spoja
direktno polarisana.
Napon zasi´cenja je mali i tipiˇcna vrednost mu je VCE(sat) ≃
0.2 V. Zbog toga se tranzistor u zasi´cenju može u prvoj
aproksimaciji posmatrati kao kratak spoj izmed¯u kolektora
i emitora. Prebacivanjem tranzistora iz zakoˇcenja u zasi´cenje i obratno, postiže se da tranzistor radi kao prekidaˇc. Treba naglasiti da za tranzistor u zasi´cenju relacija
β = IC /IB ne važi.
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Elektriˇcne karakteristike
Aktivni režim
Radna prava je odred¯ena izrazom (8). Izmed¯u zakoˇcenja i
zasi´cenja, duž radne prave, nalazi se aktivna oblast ili aktivni režim rada tranzistora. U aktivnoj oblasti rada tranzistor radi kao pojaˇcavaˇc, tj. važi relacija β = IC /IB .
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
◮
Tranzistor je u aktivnoj oblasti kada su mu je p–n spoj
baza–emitor direktno polarisan, a p–n spoj
baza–kolektor inverzno polarisan.
Elektriˇcne karakteristike
Inverzni aktivni režim
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Bipolarni tranzistor može da radi i kada mu je p–n spoj
baza–emitor inverzno polarisan, a p–n spoj baza–kolektor
direktno polarisan. Ovaj režim rada naziva se inverzni aktivni režim ili inverzna aktivna oblast.
◮
Tranzistor je u inverznoj aktivnoj oblasti kada su mu
je p–n spoj baza–emitor inverzno polarisan, a p–n spoj
baza–kolektor direktno polarisan.
Strujno pojaˇcanje u inverznom aktivnom režimu je malo.
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Elektronske
komponente
Elektriˇcne karakteristike
Polarizacija p–n spojeva npn tranzistora u razliˇcitim režimima rada.
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
VBC
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
0
VBE
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Elektronske
komponente
Elektriˇcne karakteristike
Oblast proboja.
Bipolarni tranzistor
Napon VCE se u aktivnoj oblasti može pove´cavati sve dok
kod p–n spoja baza–kolektor ne nastupi proboj. Tada dolazi
do naglog porasta struje IC .
100
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
80
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
IC (mA)
60
oblast proboja
Fototranzistor
40
Optokapler
Završne napomene
20
0
0
20
40
60
80
100
VCE (V)
Tranzistor se normalno ne polariše tako da bude u oblasti
proboja.
Elektronske
komponente
Tranzistor kao prekidaˇc
Ilustracija principa primene npn tranzistora kao otvorenog (a) i
zatvorenog (b) prekidaˇca
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
VCC
RC
0 V RB
Q1
Struktura
VCC
IC
VCC
(a)
S1
VBB
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
RC
Elektriˇcne
karakteristike
RB
Q1
S1
VCE(sat)
(b)
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Kada je tranzistor u oblasti zasi´cenja, napon zasi´cenja VCE(sat)
je mali, tako da se tranzistor ponaša približno kao kratak
spoj na izlazu.
◮
Da bi tranzistor radio kao prekidaˇc, potrebno je da u
neprovodnom stanju bude zakoˇcen, a da u
provodnom stanju bude u oblasti zasi´cenja.
Optokapler
Završne napomene
Tranzistor kao prekidaˇc
Osnovna kola npn (a) i pnp (b) tranzistora kao prekidaˇca
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Kako je napon VCE(sat) mali, njegov uticaj na izlaz kola se zanemaruje, zbog ˇcega je na slici upotrebljen znak „približno
jednako“(≃).
Tranzistor kao prekidaˇc
Talasni oblici ulaznog i izlaznog signala u prekidaˇckom kolu pnp
tranzistora
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Ulazni signal
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Izlazni signal
Optokapler
Završne napomene
Izlazni signal je invertovan u odnosu na ulazni. Zbog toga
osnovno prekidaˇcko kolo tranzistora u logiˇckom smislu predstavlja invertor.
Tranzistor kao prekidaˇc
NPN tranzistor u kolu LED indikatora stanja
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Kada je VBB = 0 V, tranzistor je zakoˇcen, pa kroz LE diodu
ne teˇce struja. Kada je VBB = 5 V, tranzistor treba da bude
u oblasti zasi´cenja, tako da kroz LE diodu teˇce struja ID1 =
IC = 20 mA. Za crvenu LE diodu je VD1 = 1.8 V.
Tranzistor kao prekidaˇc
NPN tranzistor u kolu LED indikatora stanja
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Tipiˇcne vrednosti parametara tranzistora su: VCE(sat) = 0.2 V,
VBE = 0.75 V i β = 100.
Za ove uslove je potrebno odrediti odgovaraju´ce vrednosti
otpornika RC i RB tako da tranzistor bude u zasi´cenju.
Završne napomene
Elektronske
komponente
Tranzistor kao prekidaˇc
NPN tranzistor u kolu LED indikatora stanja
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Vrednost otpornika RC odred¯uje se iz izlaznog kola tranzistora:
RC ≃
VCC − VD1 − VCE(sat)
IC
=
5 − 1, 8 − 0, 2
20 × 10−3
= 150 Ω . (9)
Završne napomene
Elektronske
komponente
Tranzistor kao prekidaˇc
NPN tranzistor u kolu LED indikatora stanja
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor ´ce biti u zasi´cenju za svaku struju baze za koju
je ispunjen uslov:
IB >
IC
β
=
20 × 10−3
100
= 200 µA .
(10)
Završne napomene
Elektronske
komponente
Tranzistor kao prekidaˇc
NPN tranzistor u kolu LED indikatora stanja
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Iz ulaznog kola tranzistora može se odrediti vrednost otpornika RB koja obezbed¯uje da tranzistor bude u zasi´cenju:
RB =
VBB − VBE
IB
=
5 − 0, 75
200 × 10−6
= 21.25 kΩ .
(11)
Završne napomene
Tranzistor kao pojaˇcavaˇc
Pojaˇcanje malih signala
Koncept primene tranzistora kao pojaˇcavaˇca zasniva se na
pojaˇcanju naizmeniˇcnih malih signala. To znaˇci da su amplitude signala koji se pojaˇcavaju mnogo manje od amplituda jednosmernih napona napajanja VBB i VCC .
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Ulazni signal vin se pojaˇcava tako da se na izlazu (kolektoru tranzistora) pojavljuje signal ˇcija je amplituda proporcionalno uve´cana.
Tranzistor kao pojaˇcavaˇc
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Da bi tranzistor pravilno radio kao pojaˇcavaˇc, radnu taˇcku
Q treba postaviti na odred¯enom mestu duž radne prave,
tako da se ulazni signal pojaˇcava bez izobliˇcenja (distortion).
Tranzistor kao pojaˇcavaˇc
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Kada je tranzistor u aktivnoj oblasti rada, promena ulaznog
napona vin ´ce izazivati promenu struje baze:
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
iBQ = IBQ + ib
Zbog toga ´ce se promeniti i struja kolektora, a samim tim i
napon izmed¯u kolektora i emitora:
iCQ = ICQ + ic
vCEQ = VCEQ + vout
Naizmeniˇcni izlazni signal vout ´ce biti ve´ci po amplitudi od
naizmeniˇcnog ulaznog signala vin , ˇcime se ostvaruje pojaˇcavaˇcki efekat.
◮
Da bi tranzistor radio kao pojaˇcavaˇc, potrebno je da u
provodnom stanju bude u aktivnoj oblasti rada.
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Tranzistor kao pojaˇcavaˇc
Nepravilan izbor položaja radne taˇcke
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Elektronske
komponente
Tranzistor kao pojaˇcavaˇc
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Ako je VBE = 0.85 V, VBB = 5 V i RB = 10 kΩ, onda je struja
baze:
IBQ =
VBB − VBE
RB
=
5 − 0, 85
10 × 103
≈ 400 µA .
(12)
Ako je pojaˇcanje tranzistora β = 100, ova struja baze ´ce
proizvesti struju kolektora ICQ = β IBQ ≈ 40 mA.
Optokapler
Završne napomene
Tranzistor kao pojaˇcavaˇc
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Za ovu struju kolektora se na izlaznim karakteristikama
tranzistora može odabrati radna taˇcka Q tako da je VCEQ ≈
4 V.
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Elektronske
komponente
Tranzistor kao pojaˇcavaˇc
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Ako je VCC = 12 V, izraˇcunava se:
Struktura
Princip rada
RC =
VCC − VCEQ
ICQ
=
12 − 4
40 × 10−3
= 200 Ω .
(13)
IC =
RC
−
VCE
RC
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Sada se može nacrtati radna prava:
VCC
Tehnološka realizacija
(informativno)
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
.
(14)
Tranzistor ´ce sigurno biti u aktivnoj oblasti za svaku vrednost radne taˇcke izmed¯u taˇcaka X i Y duž radne prave. To
znaˇci da ´ce se bez izobliˇcenja pojaˇcati svaki signal koji proizvodi struju baze u opsegu 300 µA–500 µA.
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Elektronske
komponente
Tranzistor kao pojaˇcavaˇc
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Na primer, ulazni naizmeniˇcni signal oblika:
Struktura
vin = Vin sin(ωt) ≡ Vin sin(2πft) ,
(15)
ˇcija je amplituda Vin = 100 mV i uˇcestanost f = 1 kHz izazva´ce promene struje baze tako da je:
IB(max) =
IB(min) =
5, 1 − 0, 85
10 × 103
4, 9 − 0, 85
10 × 103
= 425 µA
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
= 405 µA .
Promena struje baze od 425 − 405 = 20 µA bi´ce pojaˇcana
β = 100 puta, pa ´ce tako promena struje kolektora u okolini radne taˇcke biti ∆ICQ = 2 mA.
Optokapler
Završne napomene
Tranzistor kao pojaˇcavaˇc
Ova promena ´ce na otporniku RC izazvati promenu napona
2 × 10−3 × 200 = 400 mV, odnosno ±200 mV u odnosu na
vrednost napona VCEQ . Izlazni naizmeniˇcni signal je pojaˇcan dva puta u odnosu na ulazni i fazno pomeren za 180◦ .
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Tranzistor kao pojaˇcavaˇc
Eksperimentalni primer
Ulazni signal amplitude Vin = 200 mV pojaˇcan je približno
8 puta.
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
100mV
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
vin
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
vout
1V
Elektronske
komponente
Fototranzistor
Ilustracija tehnološke realizacije (a) i elektriˇcni simboli (b)
Fototranzistor je bipolarni tranzistor koji pripada grupi optoelektronskih komponenata. Realizuje se tako da mu je
oblast baze izložena dejstvu upadne svetlosti
metalizacija
SiO2
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
E
Tranzistor kao
prekidaˇc
p
n+ emitor
baza
n-epi
kolektor
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
n+-supstrat
Optokapler
C
(a)
(b)
Tranzistor se polariše tako da mu je kolektor na pozitivnom
potencijalu u odnosu na emitor. Elektroda baze može postojati, ali se ona na polariše.
Završne napomene
Elektronske
komponente
Fototranzistor
Princip rada
Bipolarni tranzistor
Pod dejstvom upadne svetlosti, unutar osiromašene oblasti
p–n spoja baza–kolektor dolazi do generacije parova elektron–šupljina. Pošto je spoj baza–kolektor inverzno polarisan, šupljine iz osiromašene oblasti prelaze u bazu, a elektroni u kolektor, ˇcine´ci na taj naˇcin fotostruju IP . Zbog toga
se pove´cava pozitivni potencijal baze u odnosu na emitor.
Efektivno, ovo se manifestuje kao porast struje baze kod
standardnog bipolarnog tranzistora, tako da je struja kolektora fototranzistora:
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
IC ≃ β IP .
(16)
Kod fototranzistora je IC = IE , jer je baza „otvorena“. Drugim reˇcima, struja baze ne postoji, a pojaˇcava se samo fotostruja.
Fototranzistor
Elektronske
komponente
Izlazne karakteristike
Bipolarni tranzistor
Umesto struje baze, na izlaznim karakteristikama tranzistora se kao parametar daje iradijansa upadne svetlosti Ee .
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Struja kolektora kada tranzistor nije osvetljen naziva se struja mraka (collector dark current). Tipiˇcno je reda veliˇcine
nA, ali sa porastom temperature raste za više redova veliˇcine i može da „maskira“ fotostruju.
Elektronske
komponente
Fototranzistor
Svetlosni spektar
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
UV
400
10
500
Elektriˇcne
karakteristike
IC
vidljiva svetlost
600
700
106
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
◮
UV - ultraljubiˇcasta svetlost
◮
IC - infracrvena svetlost
Optokapler
Završne napomene
Fototranzistor
Relativna spektralna osetljivost
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Fototranzistor ˇcija je zavisnost relativne spektralne osetljivosti od talasne dužine upadne svetlosti data na slici projektovan je tako da je najosetljiviji u infracrvenom podruˇcju.
Fototranzistor
Elektronski prekidaˇc koji reaguje na upadnu svetlost: (a) sa zajedniˇckim
emitorom; (b) sa zajedniˇckim kolektorom
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
U oba sluˇcaja vrednosti otpornika se biraju tako da tranzistor bude u zasi´cenju. Sa nailaskom upadne svetlosti napon na izlazu u konfiguraciji sa zajedniˇckim emitorom je
VOUT = VCE(sat) ≃ 0 V, dok je u konfiguraciji sa zajedniˇckim
kolektorom VOUT = VCC − VCE(sat) ≃ VCC .
Optokapler
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Optokapler je komponenta koja se sastoji od LE diode i fototranzistora integrisanih u jednom ku´cištu.
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Optokapler predstavlja komponentu sa svetlosnom spregom
izmed¯u ulaza i izlaza. Signal sa ulaza izaziva emisiju svetlosti LE diode. Ova svetlost predstavlja pobudu fototranzistora, tako da se na izlazu pojavljuje odgovaraju´ci signal.
Ulaz i izlaz su med¯usobno galvanski izolovani. Galvanska
izolacija ˇcini optokapler pogodnim za primenu u svim ured¯ajima kod kojih korisnik može do´ci u dodir sa potencijalno opasnim nivoima sinala (merni instrumenti, medicinski ured¯aji, telekomunikacioni ured¯aji, itd.)
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Elektronske
komponente
Optokapler
Efikasnost sprege (coupling efficiency)
Bipolarni tranzistor
Definiše se kao odnos struje kolektora fototranzistora IC i
struje fotodiode pri direktnoj polarizaciji IF :
η=
IC
IF
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
· 100 (%) .
(17)
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Ovaj parametar se još naziva i prenosnim odnosom struja
(CTR - Current Transfer Ratio).
Optokapler
Za optokapler je od znaˇcaja i maksimalni napon izolacije i
on tipiˇcno iznosi nekoliko kV (za ve´ce vrednosti može do´ci
do elektriˇcnog proboja izmed¯u ulaza i izlaza kola).
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Optokapler se može polarisati tako da izlazni tranzistor bude
u aktivnom režimu ili u zasi´cenju.
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Kada je izlazni tranzistor u zasi´cenju, optokapler predstavlja prekidaˇc sa svetlosnom spregom.
Optokapler
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
U širokoj upotrebi je varijanta optokaplera koja se naziva
optiˇcki prekidaˇc (optical switch, optoinerrupter). U ovom
sluˇcaju se optokapler nalazi u ku´cištu sa procepom.
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Fototranzistor, optokapler i optiˇcki prekidaˇc
(s leva na desno).
Optokapler
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Procep na srednini ku´cišta omogu´cava da optokapler reaguje svaki put kada se izmed¯u LE diode i fototranzistora
pojavi netransparentni objekat. Optiˇcki prekidaˇci se primenjuju u fotokopir mašinama, štampaˇcima, ˇcitaˇcima kartica,
itd. Posebnu primenu nalaze u proizvodnim postrojenjima,
gde se koriste unutar mašina za detekciju komada repromaˇ esto se izlaz optiˇckog prekidaˇca
terijala ili poluproizvoda. C
povezuje na ulaz digitalnog brojaˇca, što je korisno na linijama za pakovanje.
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Optokapleri se takod¯e pojavljuju i u varijantama koje su pogodne za detekciju objekata na kratkim rastojanjima. Takvi
optokapleri se nazivaju reflektivni optiˇcki senzori ili, skra´ceno, retro senzori (retro sensors).
Završne napomene
Dodatna literatura
Elektronske
komponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i princip
rada
Struktura
Princip rada
Tehnološka realizacija
(informativno)
Studenti se upu´cuju na rukopis pod naslovom:
"Uvod u poluprovodniˇcke komponente i njihovu primenu".
Mole se studenti prve godine da proˇcitaju Predgovor ovog
rukopisa, u kome je naznaˇceno koji deo materijala se odnosi na predmet ELEKTRONSKE KOMPONENTE.
Elektriˇcne
karakteristike
Tranzistor kao
prekidaˇc
Tranzistor kao
pojaˇcavaˇc
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomene
Download

Elektronske komponente - Katedra za mikroelektroniku