Transcript Električno ponašanje PN spoja

Električno ponašanje PN spoja
P
N
P
N
K
- unutrašnje električno polje
K
Nepolarisan PN spoj
P
N
K
K
r
K
x
U0
x
N
Ii
IS
r  r0  sin x
V    K  dx
U
K

  r  dx
K  dV / dx
x
P
1
- potencijalna razlika zaprečnog sloja U0
- struja elektrona i šupljina Ii
- struja sporednih nosilaca Is
Pozitivno polarisan PN spoj
P
N
U
U
U-U0
U0
x
provodni opseg
Inverzno polarisan PN spoj
P
N
U
U
U0
U+U0
x
Karakteristika diode
- karakteristika diode
I d  f (U d )
Id
A
K
Ud
I
Ub
IS
U
UT
UT
I  I S
Posebne vrste PN spojeva
- termistori
- varistori
- fotodiode
- led diode
- tunelska dioda
- Zener dioda
Cenerove ili probojne diode
I
-U UZ
U
0,2IZm
IZ
IZ
IZm
-I
Usmeravanje naizmenične struje
i
t
i
T
t
- idealni usmerač
I
t
T
- idealni ispravljač
Jednofazno polutalasno
usmeravanje
id
u
u(t )  U m  sin(  t )
U
ud
Um  sin(  t )  ud  Rp  id  0
ud  R  id
- statička otpornost diode R
Rp
Id
Id
b
0
Idm
0
Ud RpId
0
u(t)
T/2
t
T/2
T
- od t=0 do t=p
Uin
t
Um
id 
 sin(  t )  I dm  sin(  t )
R  Rp
T
1
1 Um
I d   id  dt  
T0
T R  Rp
P  Rp  I d
2
T /2

0
1 Um
I dm
sin(  t )  dt  

π R  Rp
π
2
1
Um
 Ra  2 
π ( R  Rp )2
T
1 2
1 Um
1
Id 
id  dt  
  I dm

T0
2 R  Rp 2
2
1 Um
Pu  I d  ( R  R p )  
4 R  Rp
2
P
4
Ra
40,5
  2
100% 
%
R
Pu π R  R p
1
Rp
Dvofazno polutalasno usmeravanje
i1
u1(t)
u2(t)
i2
I
U
Rp
u
u1
u2
t
Uin
i
i1
i2
I Im
t
T/2
T
2
2 Um
I   Im  
π
π R  Rp
2
4
Um
P  Rp  I  Rp  2 
2
π ( R  Rp )
2
1
Um
1
I


 I dm
2 R  Rp
2
2
Um
Pu  I  ( R  Ra ) 
2  ( R  Rp )
2
P
8
1
81
  2
100% 
%
R
Pu π 1  R
1
Rp
Rp
Jednofazno punotalasno
i
usmeravanje
1
i2
i
u1
i2
U
i1
u
i
u1
i1
T/2
2
I
T
T /2

0
u2
u1
u2
i2
i1
i2
t
T
Um
2
i  dt  
T 2  R  Rp
Rp
T /2

0
Um
2  I dm
2
sin(  t )  dt  

π 2  R  Rp
π
Faktor talasnosti
I ns U ns
 

I
U
2
R  I  R  I  R  I ns
2
I ns  I  I
2
 
2
2
2
2
I I
I
   1
I
I
2
2
- jednofazno polutalasno usmeravanje


  



Im
2
Im
π
2


  1  1,21



- dvofazno polutalasno ili jednofazno punotalasno usmeravanje


 



2
Um 

2  R   1  0,48
2 U m 
π  R 
Kapacitivni filter
i
I
iC
u(t)
C
R U
- kapacitivni filter vezan na kraj jednofaznog polutalasnog usmerača
U=UC
R1C1>RC
u
i
U
R1C1
i
t1 t2
u RC
i
UC
t3
I
t
t
- kapacitivni filter vezan na kraj dvofaznog polutalasnog ispravljača
u1(t)
C
U
R
u2(t)
u
i
Uin
T/2
u2
T
u1
t
LC filter
i1
u1(t)
u(t)
U1
C
U1
R
U
U
Um
t
t
t
Dioda kao ograničavač napona
u
R
u1
UR
u1
R
u2 u1
UR
u2
t
UR
u2
u
R
u1
UR1
u1
u2
UR1
UR2
u2
UR2
t
Višefazno usmeravanje
u(t)
u1
u2
u3
Um
primar
t
Uin
T/3
2T/3
sekundar
T
U
I
R
U
I
T/3
T
t
u
Um
U
T/2m T/2m
t
T/m
π
sin
m
m
U  Um 
cos(


t
)

dt

U

m
π
T T

2m
m
T
2m
Tranzistori
Primenjuju se kod:
• radio i televizijskih urađaja, elektronskih računara
• elektronskih prekidača, kola impulsne tehnike
• pojačavača, oscilatora, modulatora
Bipolarni tranzistor se koristi kao osnovni
pojačavački element u složenijim pojačavačkim
kolima (operacioni pojačavači, pojačavači snage...)
Tranzistori su ulogu osnovnog pojačavačkog
elementa preuzeli od elektronskih cevi zbog svoje veličine,
pouzdanosti i cene.
U literaturi si najčešće označavaju kao BJT (Bipolar Junction
Transistor)
• Bipolarni tranzistori su poluprovodičke triode u kojima je
sloj n-tipa poluprovodnika smešten između dva sloja ptipa poluprovodnika (ili obrnuto p-tip između slojeva ntipa). U prvom slučaju to je p-n-p tranzistor, a u drugom np-n.
emitor baza
E
P
kolektor
N
P
B
emitor baza
C
E
N
kolektor
P
N
B
C
Radna područja tranzistora
Kod bipolarnih tranzistora svaki od spojeva se može direktno ili
inverzno polarisati tako da postoje četiri posebne oblasti rada
tranzistora:
a)
Ako su oba pn spoja inverzno polarisana tranzistor je
zakočen (ne provodi struju) i ponaša se kao otvoreni prekidač
b)
Ako su oba spoja direktno polarisana tranzistor se nalazi u
oblasti zasićenja i ponaša se kao zatvoren prekidač
Ova dva područja se koriste u digitalnim logičkim kolima
radi predstavljanja binarnih stanja
c)
Ako je spoj emitor-baza direktno, a spoj kolektor baza
inverzno polarisan tranzistor radi u direktnoj aktivnoj oblasti
i može obezbediti veliko pojačanje struje, napona ili snage
d)
Ukoliko je spoj emitor-baza polarizovan inverzno, a kolektor
baza direktno, tranzistor radi u inverznoj aktivnoj oblasti. U
ovoj oblasti je pojačanje slabo, tako da se retko koristi
Rad tranzistora
E
B
E
C
B
C
IE
P
N
IC
P
P
N
P
IB
U
UEE
UCC
U
U0
U0-UEE
K
Spoj EB je direktno, a spoj BC inverzno polarisan
U0+UCC
K
Polarizacijom se potencijalna berijera EB sužava, dok se potencijalna barijera
BC širi
Sužavanje EB barijere omogućava prelazak šupljina iz E u B koje se difuzno šire
kroz bazu dok ne stignu do BC spoja. Na BC spoju električno polje ih ubrzava,
tako da sve šupljine koje stignu do barijere pokupi kolektor.
E
P
B
N
C
P
IE
IE
IE
IE
1IE
Struja emitora se sastoji od
šupljina koje prelaze u bazu
i elektrona koji iz baze stižu
u emitor
IC
rekombinacija
IC0
IB
Deo šupljina se rekombinuje u bazi tranzistora, dok
preostali deo formira kolektorsku struju. Bitno je
napomenuti da je baza veoma uzana, uža od 10 μm, tako da
se samo manji deo šupljina rekombinuje.
Deo kolektorske struje čini i struja IC0 koja predstavlja
inverznu struju zasićenja BC spoja
IC    I E  IC 0
I B  I E  IC
Odnos ovih struja zavisi od
provodljivosti p odnosno n
spoja. U komercijalnim
tranzistorima je stepen
dopiranja p sloja značajno
veći od dopiranja n sloja
čime se postiže da se
praktično celokupna struja
sastoji od struje šupljina
koeficijent strujnog pojačanja
dIC

dIE
U CB  const
  0,9  0,995
α nije konstanta već zavisi od IE , UCB i temperature
Veza sa zajedničkim emitorom
C
IB
IC
IC
UCE
P
RC
UBE
IE
IB
B
N
RB
P
UBB
IE E
UCC
U većini električnih kola
tranzistor se koristi u obliku
veze sa zajedničkim emitorom
I C    I E  I C 0    I C  I B   I C 0

IC 0
IC 
 IB 
1
1
- β - koeficijent strujnog pojačanja
dIC

b

dIB 1  
b
1

 1 b
 1
Veoma mala promena parametra α uzrokuje veliku promenu parametra β
β tipično ima vrednost 10-1000
- ICE0 – struja zasićenja kolektora u kolu sa zajedničkim emitorom
kada je baza slobodna
IC 0
 1  b   I C 0  I CE 0
1
IC  b  I B  ICE 0
IC /mA
IB /μA
-5
IB
-4
-100
-80
-3
-60
40
-2
-40
20
-1
-20μA
ICE0
100
0V
80
60
-1V
UCE
0,1
0,2
UBE /V
-5 -10 -15 -20 -25
- ulazna karakteristika
- izlazna karakteristika
- UCE - parametar
- IB - parametar
UCE /V