Ministerul Invatamintului,

Tineretului si Sportului

al Republicii Moldova

 

 

 

U n i v e r s i t a t e a T e h n i c a a M o l d o v e i

 

Facultatea Radioelectronica

Catedra Telecomunicatii

 

Lucrare de curs

  51466gef96ssh9s

la obiectul: “Radioelectronica”

pe tema:

  51466gef96ssh9s

  51466gef96ssh9s

“Tranzistorul bipolar KT – 616”

  51466gef96ssh9s

  51466gef96ssh9s

a efectuat: st. gr. TLC-011 Harea D.

  51466gef96ssh9s

a vereficat: profesorul Bejan N. es466g1596sssh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Chisinau 2002

 

Cuprins

1. Notiuni de baza. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

2. Tehnologia de fabricare a tranzistorului bipolar KT – 616 . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3. Procedee fizice in tranzistorul bipolar tip n-p-n si curentii lui . . . . . . . . . . . . . . . 5

4. Caracteristicile statice ale tranzistorului bipolar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

5. Schemele echivalente in t ale tranzistorului bipolar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

6. Parametrii hibrizi h- ale tranzistorului bipolar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

7. Trasarea dreptei de sarcina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

8. Functionarea tranzistorului bipolar in regim de cheie electronica. . . . . . . . . . . .21

9. Functionarea tranzistorului bipolar la frecvente inalte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

10. Parametrii de baza a tranzistorului bipolar KT – 616 A. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28

11. Utilizarea tranzistorului bipolar KT – 616 in scheme electronice. . . . . . . . . . . . 29

12. Bibliografie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

 

 

Mod Coala N document Semnat Data

A elaborat Harea D. Litera Coala Coli

A verificat Bejan N. Tranzistorul KT - 616 I 2 27

U.T.M. Facultatea de

radioelectronica, gr.TLC-011

1. Notiuni de baza

Tranzistorul cu jonctiuni reprezinta un dispozitiv care se efectueaza dintr-un monocristal de Ge (germaniu) sau Si (siliciu) si in care prin impurificare se creeaza trei regiuni alternativ dopate, despartite prin doua suprafete de separatie.

Se numesc emitor si respectiv colector regiunile de la extremitati care au acelasi tip de conductibilitate (ambele p sau ambele n). Baza este numita regiunea centrala care are o conductibilitate opusa fata de extremitati. Pe suprafata fiecareia din cele trei regiuni se depune cite un strat metalic de contact pe care se sudeaza firele de conexiune.

La un tranzistor cu jonctiuni, jonctiunea emitor – baza se numeste jonctiunea emitor, iar jonctiunea colector – baza se numeste jonctiunea colector. In mod normal jonctiunea emitorului este polarizata direct, iar jonctiunea colectorului este polarizata invers. Acest regim de lucru prezinta regimul activ normal.

In functie de dopare a conexiunilor se deosebesc doua tipuri de tranzistoare:

• de tip p-n-p (emitorul si colectorul sunt de tip p, iar baza este de tip n)

• de tip n-p-n (emitorul si colectorul sunt de tip n, iar baza este de tip p)

In fig.1.1 sunt aratate structurile simplificate ale tranzistoarelor de tip p-n-p si n-p-n si reprezentarile lor grafice.

 

 

 

 

 

 

 

 

a)

 

 

 

 

 

 

 

 

b)

Fig.1.1

2. Tehnologia de fabricare

a tranzistorului bipolar

KT – 616

 

Tranzistoarele bipolare se fabrica pe baza germaniului, siliciului si arsenurii de galiu. Cea mai larga utilizare o are germaniul si siliciu. Metodele tehnologice permit de a fabrica tranzistorul in asa mod ca sa se realizeze intr-o masura oarecare cerintele pentru parametrii maximi admisibili.

La etapa actuala se utilizeaza urmatoarele metode de fabricare ale tranzistoarelor: metoda de aliere, metoda de difuzie, metoda planara, epitaxial-planara si mesa-planara.

Tranzistorul KT – 616 reprezinta un tranzistor din siliciu (Si) de tip n-p-n. Tranzistorul dat se fabrica prin metoda epitaxial – planara.

Metoda epitaxial-planara se bazeaza pe metoda planara. Deci, pentru inceput vom analiza metoda planara de fabricare a tranzistoarelor.

Se ia o placheta de monocristal din siliciu (Si) tip-n, (care in structura rezultanta va reprezinta colectorul). Pe aceasta placheta peste prima masca de oxid se efectueaza difuzia acceptorului (de obicei bor) si se primeste stratul p al bazei. Apoi peste a doua masca se face difuzia donorilor (de obicei fosfor) astfel primim stratul emitorului. In sfarsit cu ajutorul celei de-a treia masti de oxid se conecteaza contactele ohmice din aluminiu la toate cele trei straturi si in continuare sunt lipite la aceste contacte contacte subtiri care joaca rolul de picioruse ale tranzistorului.

In cazul tehnologiei epitaxial-planare, dintre regiunile bazei si a colectorului se creeaza un strat de rezistenta inalta si de aceeasi conductibilitate ca si colectorul. Acest strat se obtine prin asa numita depunere epitaxiala a unei pelicule subtire de monocristal de o rezistenta inalta pe o suprafata de cristal ce serveste ca corp al colectorului. Regiunile bazei si a emitorului se obtin de obicei prin difuzia locala. Structura unui tranzistor obtinut prin metoda epitaxial-planara este aratata in fig.2.1.

 

 

Fig.2.1

3. Procedee fizice in tranzistorul bipolar n-p-n si curentii lui

Procese fizice in tranzistorul bipolar n-p-n. In stare de echilibru (cind sursele de tensiune de alimentare sunt deconectate) curentii rezultanti ce trec prin ambele jonctiuni sunt egali cu zero. La aplicarea la emitor a unei tensiuni pozitive U_EB, iar la colector a unei tensiuni negative U_CB se schimba pozitia zonelor energetice (vezi fig.3.1,b). Inaltimea barierei de potential a emitorului se micsoreaza, iar a colectorului – creste (vezi fig.3.1, c). Conditiile de miscare a purtatorilor de sarcina minoritari prin jonctiunea colectorului aproape nu se schimba. Insa, conditiile de deplasare a purtatorilor de sarcina majoritari prin jonctiunea emitorului se vor usura (deci se vor deplasa mai multi si mai repede). Numarul electronilor ce trec din emitor in baza va creste. Curentul emitorului ce contine componenta golurilor si componenta electronilor va creste.

In dependenta de grosimea bazei curentul emitorului diferit influenteaza asupra curentului colectorului I_C. Daca grosimea bazei este mare, atunci nu toti electronii injectati din emitor in baza reusesc sa ajunga in colector, deoarece ei se recombina cu golurile din baza. Astfel se formeaza curentul de recombinare I_R.

Cu cit este mai mica grosimea bazei cue atit mai putini electroni se vor recombina cu golurile din ea, deci cu citi mai multi electroni ajung la jonctiunea colectorului cu atit mai mare va fi curentul colectorului.

Fig.3.1

Deci, cum s-a vazut ca in regim activ curentul total al emitorului I_E = I_En + I_Ep + I_Erec este alcatuit din curentul I_En de electroni, injectati din emitor in baza, curentul I_Ep a golurilor, injectati din baza in emitor, si curentul I_Erec de recombinare a purtatorilor de sarcina in jonctiunea emitorului. In aceasta suma numai prima componenta este utila, deoarece anume ea influenteaza asupra curentului colectorului, celelalte componente sunt daunatoare, si se tinde de obtinut valorile lor cit mai mici. Miscarea electronilor, injectati in baza este condusa de recombinarea unei parti e electronilor, de aceea curentul electronilor I_Cn ce se apropie de jonctiunea colectorului, este mai mic ca curentul I_En cu marimea I_Brec, ce se numeste curentul de recombinare in baza, care se tinde de a fi micsorat.

Curentii tranzistorului. Notind aI_E, unde a - coeficient de transfer al emitorului, acea parte a curentului emitorului care trece prin jonctiunea coelctorului, vom scrie expresia pentru curentul colectorului in modul urmator:

(3.1)

Curentul invers al colectorului I_CB0 este egal cu curentul ce trece prin jonctiunea colectorului, cind la colector se aplica tensiune inversa si cind curentul emitorului este egal cu zero.

Prin contactul bazei trece curentul I_B, care este egal cu diferenta dintre curentul emitorului si colectorului:

I_B = I_E – I_C (3.2)

Luind in consideratie (3.1) avem:

(3.3)

Daca vom deconecta circuitul emitorului (I_E = 0 si I_C = I_CB0), atunci vom avea:

–I_B = I_CB0 (3.4)

In asa mod, prin contactul emitorului (circuitul emitor - baza) curge curentul de dirijare I_E (de intrare), prin contactul colectorului (circuitul colector - baza) – curentul de dirijare aI_E (de iesire) si curentul invers al colectorului I_CB0, iar prin contactul bazei – diferenta curentului emitorului si colectorului.

In tranzistoarele reale curentii I_E si I_C si cresterile lor DI_E si DI_C sunt aproximativ egale dupa valori.

Coeficientii de transfer a curentilor. Modificarea curentului colectorului rezultata de modificarea curentului emitorului este conditionata numai de electroni. Insa, curentul total al emitorului este determinat atit de electroni cit si de goluri. Tranzistorului cu atit mai bine transmite schimbarile curentului emitorului in circuitul colectorului, cu cit mai multi electroni (in comparatie cu numarul golurilor) trec prin jonctiunea emitorului si cu cit mai putini din acesti electroni se recombina in baza, neajungind la jonctiunea colectorului.

Eficacitate emitorului este determinata de coeficientul de injectie g, care se determina dupa relatia:

(3.5)

Trecerea prin baza, o parte de electroni recombina atit in straturile adinci ale bazei, cit si la suprafata ei. De aceea nu toti electronii injectati de emitor ating jonctiunea colectorului. Influenta recombinarii in baza a electronilor asupra curentului colectorului este descrisa de coeficientul de transfer a electronilor prin baza :

(3.6)

Coeficientul de transfer este cu atit mai aproape de unitate cu cit grosimea bazei este mai mica. De aceea grosimea bazei a tranzistoarelor se face foarte mica.

Coeficientul de transfer si de injectie pot fi calculati, dar nu pot fi masurati. De aceea ca parametru al tranzistorului este considerat coeficientul de transfer al emitorului. Coeficientul de transfer al emitorului este determinat de relatia:

(3.7)

Coeficientul static de transfer al emitorului poate fi determinat dupa formula:

(3.8)

Coeficientul static de transfer al curentului bazei poate fi determinat dupa formula:

(3.9)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Caracteristicile statice ale

tranzistorului bipolar

 

Caracteristicile statice ale unui tranzistor bipolar se numesc grafice ce reprezinta dependenta dintre curentii ce trec prin bornele tranzistorului si tensiunile ce se aplica la aceste borne.

Tranzistorului fiind un dispozitiv cu trei borne, in orice schema electrica el poate fi conectat in trei moduri diferite: conectare cu baza comuna (BC) (fig.4.1), conectare cu emitorul comun (EC) (fig.3.1,b) si cu colectorul comun (CC) (fig.3.1,c).

Fiecare din schemele de conectare ale tranzistorului se caracterizeaza prin patru familii de caracteristici:

1. I_ies = f (U_ies) la I_in = const – caracteristici de iesire.

2. U_in = f (I_in) la U_ies = const – caracteristici de intrare.

3. I_ies = f (I_in) la U_ies = const – caracteristici de transfer a curentului.

4. U_in = f (U_ies) la I_in = const – caracteristici de reactie inversa dupa tensiune.

In cataloage de obicei sunt prezentate primele doua tipuri de caracteristice (de intrare si de iesire), caci sunt cele mai importante si utilizabile. In continuare vom analiza aceste caracteristici in dependenta de modul de conectare.

1. Caracteristicile statice in conexiune BC.

Circuitul cu tranzistorul in baza comuna este prezentat in fig.4.1. Atit pentru circuitul de intrare cit si pentru cel de iesire borna comuna este baza. Circuitul de intrare este cel al emitorului, iar circuitul de iesire – cel al colectorului. Respectiv parametrii de intrare pentru conexiunea BC sunt curentul emitorului I_E si tensiunea dintre emitor si baza I_EB, iar cei de iesire – curentul colectorului I_C si tensiunea dintre colector si baza U_CB.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig.4.1

Schema tranzistorului in conexiunea baza comuna

 

Caracteristicile de intrare. Caracteristicile de intrare ale tranzistorului in conexiunea BC sunt grafice ce arata dependenta tensiunii dintre emitor si baza de curentul emitorului, cind tensiunea dintre colector si baza este fixata. Ele sunt aratate in fig.4.2,b. Pentru comoditate variabila I_E se depune pe axa coordonatelor, iar valoarile tensiunii U_EB – pe axa abscisei. Caracteristica de intrare la U_EB = 0 este analogica caracteristicii volt – amperice a diodei: curentul I_E creste exponential cu cresterea U_EB. In cazul valorilor mari ale curentilor I_E caracteristicile de intrare sunt aproape liniare. Cresterea temperaturii deplaseaza caracteristicile de intrare spre axa curentilor.

 

 

 

a) b)

Fig.4.2

Caracteristicile de intrare (b) si iesire (a) ale tranzistorului

in schema BC

  51466gef96ssh9s

Caracteristicile de iesire. Familia caracteristicilor de iesire al tranzistorului in schema BC reprezinta dependenta curentului colectorului de tensiunea dintre colector si baza, cind valoarea curentului emitorului este constanta. Aceste caracteristici sunt aratate pe fig.4.2,a.

In cazul cind curentul I_E=0 (U_EB<0) si tensiunea U_CB<0 in circuitul colectorului trece curentul I_CBo care slab depinde de U_CB. Regiunea caracteristicilor de iesire, care corespunde polarizarii inverse ale ambelor jonctiuni, este numita regiunea de taiere.

In cazul cind curentul I_E>0 (U_EB>0) si tensiunea U_CB<0 curentul colectorului poate fi calculat conform relatiei:

I_C = aI_E + I_CB0 (4.1)

Chiar la valorile U_CB=0 curentul colectorului I_C poate atinge valori considerabile. Regiunea caracteristicilor de iesire la conectarea inversa a jonctiunii colectorului si la conectarea directa a jonctiunii emitorului este numita regiune activa.

La valori pozitive nu prea mari ale tensiunii U_CB caracteristicile de iesire se curbeaza brusc, iar regiunea valorilor U_CB>0 si U_EB>0 poarta denumirea de regiune de saturatie.

Particularitatea principala a regiunii active a caracteristicilor de iesire in schema BC este dependenta slaba a I_C de tensiunea U_CB.

Caracteristicile reale de iesire ale tranzistoarelor in BC pot fi descrise de formula:

I_C =aI_E + I_CB0 + U_CB/r_C (4.2)

Unde r_C este rezistenta colectorului.

4.2 Caracteristicile statice in conexiune EC.

Circuitul cu tranzistorul in conexiune emitor comun este prezentat in fig.4.3. Atit pentru circuitul de intrare cit si pentru cel de iesire borna comuna este emitorul. Circuitul de intrare este cel al bazei, iar circuitul de iesire – cel al colectorului. Pentru schema cu EC parametrii de intrare sunt curentul bazei I_B si tensiunea dintre baza si emitor U_BE, iar parametrii de iesire – curentul colectorului I_C si tensiunea dintre colector si emitor U_CE.

 

 

Fig.4.3

Schema tranzistorului in conexiunea emitor comun

Caracteristicile de intrare. Familia caracteristicilor de intrare in conexiunea EC reprezinta graficile care arata dependenta tensiunii dintre baza si emitor de curentul bazei, cind tensiunea dintre colector si emitor este fixata U_BE = f (I_B) la U_CE = const. Aceasta familie este prezentata in fig.4.4, b. Parametrul familiei de caracteristici reprezinta tensiunea dintre colector si emitor.

Caracteristicile de iesire. Familia de caracteristici de iesire a tranzistorului in conexiunea EC, care arata dependenta curentului colectorului de tensiunea dintre colector si emitor la curentul bazei fixat, adica I_C = f (U_CE) la I_B = const, este aratata in fig.4.4, a. Parametrul familiei caracteristicilor este curentul bazei (curentul de intrare). Regiunile de inceput ale caracteristicilor se intilnesc in originea coordonatelor, deoarece la tensiunea U_CE = 0 diferenta de potential la jonctiunea colectorului este practic egala cu zero, deci respectiv si curentul colectorului este egal cu zero. In comparatie cu caracteristicile de iesire ale tranzistorului in conectarea BC, cele in conectare EC au un unghi de inclinatiei mai mare. Aceasta se datoreaza unei dependenti mai mari a coeficientului de transfer a curentului bazei de tensiunea U_CE.

In schema conexiunii EC curentul de intrare este curentul I_B. Deci avem relatia:

(4.3)

Coeficientul de linga I_B se numeste coeficient static de transfer a curentului bazei si se noteaza cu b:

(4.4)

Luind in consideratie expresia de mai sus (4.4) vom avea:

(4.5)

unde . (4.6)

 

Fig.4.4

Caracteristicile de intrare (b) si iesire (a) a tranzistorului in conexiune EC

 

Curentul I_CE0 trece prin circuitul colectorului la circuitul bazei deschis (I_B = 0) si reprezinta curentul invers al colectorului in schema EC. Valoarea curentului I_CE0 poate sa atinga dimensiuni destul de considerabile.

Daca curentul I_B = - I_CB0, atunci valoarea curentului I_C este minim si este egala cu valoarea curentului I_CB0.

Din ecuatia (4.14) se poate de determinat:

(4.6)

Coeficientul b reprezinta un parametru de semnal mare. El se determina din raportul curentul colectorului catre curentul bazei la aplicarea unei tensiuni inverse la jonctiunea colectorului. In practica mai des se intilneste notiunea de coeficientul diferential de transfer a curentului bazei, care este egal cu raportul dintre cresterii curentului colectorului catre cresterea curentului bazei la aplicarea tensiunii inverse la jonctiunea colectorului:

, la U_C = const (4.7)

4.3 Cuplarea tranzistorului bipolar n-p-n in CC.

Circuitul cu tranzistorul in conexiune colector comun este prezentat in fig.4.5. Atit pentru circuitul de intrare cit si pentru cel de iesire borna comuna este colectorul. Circuitul de intrare este cel al bazei, iar circuitul de iesire – cel al emitorului. Pentru schema cu CC parametrii de intrare sunt curentul bazei I_B si tensiunea dintre baza si colector U_BC, iar parametrii de iesire – curentul emitorului I_E si tensiunea dintre emitor si colector U_EC.

 

Fig.4.3.1

Schema tranzistorului in conexiunea emitor comun

Coeficientul de transfer dupa curent reprezinta raportul dintre curentul emitorului si curentul bazei:

Caracteristica principala a conexiunii in colector comun este valoarea rezistentei de intrare foarte joasa. Datorita rezistentei de intrare reduse tranzistorul in conexiunea colector comun este echivalent unui generator de tensiune care se schimba neesential la variarea rezistentei de sarcina (bineinteles pana cand rezistenta de sarcina nu depaseste cu mult rezistenta de iesire a generatorului).

5.Schemele echivalente in T

ale tranzistorului bipolar

In figurile de mai jos sunt aratate schemele echivalente in T ale tranzistorului bipolar. In continuare vom analiza aceste scheme.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c)

Fig.5.1

 

Parametrii fizici ai tranzistorului, care caracterizeaza functionarea lui in curent alternativ sunt a, b, , r_C, m_ECU_CB ,C_C. Acesti parametri pot fi calculati si destul de exact controlati in procesul da fabricare al tranzistorului. Folosind acesti parametri se poate de alcatuit schema echivalenta in T a tranzistorului (fig.5.1,a).

Pe schema echivalenta jonctiunile emitorului si colectorului sunt reprezentate prin rezistentele diferentiale r_E si r_C. Efectul de transfer al curentului emitorului in circuitul colectorului este aratat prin generatorul de curent echivalent a I_E, unde a = f(w). Acest efect se poate arata cu ajutorul unui generator echivalent de tensiune, conectat in circuitul colectorului. Insa, la calcule ultima metoda se utilizeaza mai rar. Reactia interna negativa dupa tensiune, este reflectata de generatorul m_EC U_CB in circuitul emitorului. Rezistenta bazei este conectata intre punctul intern al bazei B^’ si contactul extern al bazei. Capacitatea colectorului C_C sunteaza rezistenta r_C. Capacitatea emitorului de regula nu se considera. Influenta capacitatii de difuzie a jonctiunii emitorului se considera automat prin dependenta coeficientului de transfer al curentului de frecventa. Capacitatea de bariera sunteaza o rezistenta foarte mica, si influenta ei asupra lucrului in game de frecventa se manifesta slab.

Schema echivalenta din fig.5.1,a, nu este comoda pentru calcule practice, deoarece contine doua generatoare. In multe cazuri influenta generatorului m_ECU_CB este neglijata. Insa o astfel de neglijare nu este intotdeauna buna. Generatorul m_ECU_CB se recomanda de a fi inlocuit cu un alt element al schemei, care reflecta, ca si acesta, reactia inversa negativa interna a tranzistorului. Dupa cum deja se cunoaste, reactia inversa in tranzistor apare pe rezistenta de volum . Daca vom conecta aceasta rezistenta in serie cu asa numita rezistenta de difuzie a bazei , se poate de determinat influenta tensiunii colectorului asupra celei a emitorului ca rezultat al modulatie grosimii bazei si fara generatorul m_ECU_CB. Atunci rezistenta totala a bazei tranzistorului r_B va fi compusa din doua componente:

(5.1)

unde - rezistenta de volum a bazei, iar - rezistenta de difuzie a bazei.

Rezistenta bazei este determinata de geometria tranzistorului (configuratia bazei in regiunile sale active si pasive), de rezistivitatea materialului bazei si rezistenta contactului bazei.

Rezistenta de difuzie a bazei nu depinde de rezistivitatea materialului si ea poate fi determinata dupa formula de mai jos:

(5.2)

Componenta de difuzie a rezistentei bazei poate fi destul de mare. De aceea la frecvente mici rezistenta totala a bazei r_B , ca regula, depaseste considerabil valoarea adusa in cataloage a rezistentei de volum a bazei .

Cu consideratia rezistentei de difuzie a bazei schema echivalenta in T a tranzistorului bipolar arata ca in fig.5.1,b. Rezistentele de intrare ale ambelor scheme echivalente trebuie sa fie egale intre ele. Deoarece rezistenta r_B este mai mare decit , atunci rezistenta din schema 5.1,b trebuie sa fie mai mica decit rezistenta r_E din schema 5.1,a. Calculele arata ca:

(5.3)

Schema echivalenta a tranzistorului in conexiune EC se poate de primit din schema echivalenta in conexiune BC, schimbind ordinea de conectare a contactelor emitorului si bazei: contactul emitorului se conecteaza la firul comun, iar contactul bazei – la intrare. Insa, o astfel de schema nu este comoda, deoarece parametrii generatorului in ea se determina nu din curentul electrodului de intrare a bazei, ci de curentului emitorului. De aceea pentru schema echivalenta in T pentru conexiunea EC se construieste o schema echivalenta speciala aratata in fig.5.1,c.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  51466gef96ssh9s

Scriitori romani