ELEKTRONIKA I. TRANZISZTOROK. BSc Mérnök Informatikus Szak Levelező tagozat

Átírás

1 ELEKTRONIKA I. TRANZISZTOROK BSc Mérnök Informatikus Szak Levelező tagozat

2 Tranzisztorok Elemi félvezető eszközök Alkalmazásuk Analóg áramkörökben: erősítők Digitális áramkörökben: kapcsolók Típusai BJT (Bipolar Junction Transistor) Bipoláris tranzisztor UJT / FET (Unipolar Junction / Field Effect Transistor) Térvezérlésű tranzisztorok

3 Bipoláris tranzisztor Monokristály lapkán létrehozott két azonos, köztük pedig vékony (<25µm) ellentétes típusú félvezető NPN vagy PNP típus Az első tranzisztor 1947-ből

4 Bipoláris tranzisztor Lábkiosztások: E emitter, B bázis, C kollektor Típusok: NPN vagy PNP Áramköri rajzjelek NPN PNP

5 Bipoláris tranzisztor jellemzői Tranzisztor-hatás: teljesítményerősítés A BJT több, mint két dióda Előfeszített tranzisztor Emitterdiódája (E-B) nyitóirányban, kollektordiódája (C-B) pedig záróirányban van előfeszítve

6 Bipoláris tranzisztor jellemzői Aktív beállítás: EB átmenet nyitva, CB zárva I E =I C +I B

7 Bipoláris tranzisztor jellemzői A bázis és az emitter között az áram kisebb részét a bázisbeli többségi hordozók szállítják lyukak npn tranzisztor esetén A fő áramot az emitterből a kollektorba a bázison keresztül a kisebbségi töltéshordozók szállítják elektronok npn esetén Ezért a BJT-t kisebbségi-hordozó alapú eszköznek is nevezik

8 Bipoláris tranzisztor üzemállapotai Telítésben mind a két dióda nyitott, ezek együttes maradék ellenállását a rajtuk eső U CE,SAT telítéses kollektoremitter feszültséggel vesszük figyelembe.

9 Bipoláris tranzisztor felépítése B E

10 Bipoláris tranzisztor karakterisztikái Bemeneti karakterisztika Transzfer karakterisztika

11 Bipoláris tranzisztorok típusai

12 Unipoláris tranzisztor Működésük alapelve, hogy egy térrészen átfolyó áramot úgy szabályozunk, hogy külső elektromos erőtérrel megváltoztatjuk a félvezető vezetőképességét, ill. a rendelkezésre álló keresztmetszetet.

13 Unipoláris tranzisztor Típusai JFET MOSFET Tulajdonságok Bemenő áramuk ~ 0A Kis teljesítményigény Kis helyigény A többségi töltéshordozók árama határozza meg a működést. kisebb hőmérsékletfüggés Feszültségvezérelt áramforrások

14 Unipoláris tranzisztor FET Field Effect Transistor Villamos térrel (feszültséggel) vezérelhető Záróirányban előfeszített p-n átmenet feszültséggel vezérelhető kapacitás és ellenállás (csatorna) U p =1 7V feszültségnél a csatorna teljesen elzáródik

15 Záróréteges FET JFET Junction FET G-gate, S-source, D-drain N- illetve P-csatornás JFET Működése megegyezik a feszültségvezérelt Működése megegyezik a feszültségvezérelt ellenálláséval, ha U GS =0V

16 Záróréteges FET Feszültséggel vezérelhető ellenállás U gate =0V Áramstabilizálásra használható Telítés nélküli üzem Ohmikus tartomány - a még el nem záródott csatorna ellenállásként viselkedik. Telítéses üzem A csatorna elzáródik, így I D az U DS -től függetlenül állandó

17 Záróréteges FET karakterisztikái Bemeneti karakterisztika Transzfer karakterisztika

18 Szigetelt vezérlőelektródájú FET Fém-oxid-félvezető (Metal Oxid Semiconductor, MOS) 1957: Az első MOS tranzisztor (MOSFET) 1970: Az első nagy tételben árult MOS IC DRAM (dinamikus RAM) Egy kapacitás töltése jelenti az információt, amely azonban egy idő után elszivárog, ezért egy áramkörnek rendszeresen frissítenie kell 3 tranzisztoros cellákból épült fel 1 kbit tárolóképességű Intel készítette A MOS helyzete manapság: A vezető technológia 1 DRAM több száz millió MOSFET-et tartalmaz Az integrált áramkörökben (IC-k) leggyakrabban a MOS tranzisztor fordul elő A MOS tranzisztor működésének alapja: a MOS kapacitás

19 Szigetelt vezérlőelektródájú FET MOSFET Metal-Oxid Semiconductor Field Effect Transistor IG-FET Insulated Gate FET P vagy N típusú hordozó (szubsztrát) MOS kapacitás (SiO 2 dielektrikum) A - töltések a mozgóképes töltéshordozókból és a helyhez kötött ionizált adalékatomok negatív töltéséből állnak

20 Kiürítéses MOSFET P-típusú Si-hordozóba (szubsztrát) két erősen szennyezett N-típusú réteg, melyet gyengén szennyezett N-csatorna köt össze

21 Kiürítéses MOSFET karakterisztikái Működése a JFET-el megegyezik Bemeneti karakterisztika Transzfer karakterisztika

22 Növekményes MOSFET P-típusú szubsztrátba kialakítják a két erősen szennyezett N-típusú részt, az N csatornát viszont nem Az N csatorna csak U GS >0V esetén jön létre U k : ahol a csatorna létrejön

23 Növekményes MOSFET karakterisztikái Bemeneti karakterisztika Transzfer karakterisztika

24 MOSFET jellemzői MOSFET-nél I gate ~0A, mivel el van szigetelve Nagy R GS bemeneti impedancia Nagyon kis R DS kimeneti impedancia C GS bemeneti kapacitással rendelkezik Ez a kapacitás statikusan fel tud töltődni úgy, hogy az eszköz tönkremegy Típusok