16.
CHAR AK TE R I S T I KY
TRANZISTORU
Pracovní tikoI l.
Zněřte sítě
výstupnÍch cirarakterÍstik
typu
h
bipo}árního tranzistoru
v z a p o j e n Í s e s p o 1 e č n ý me m Í t o r e m a s p o l e Č n o u b á z Í . Změřte vstupní charakteristiktr typu h bipo1árnÍho tranzistoru = 5 V nÍ se společnýmemitorem (SE) při výstupním napětí Uk"
t. Změřte sÍt výstupnÍch charakteristik
unipo1árnÍho tranzistoru.
Pro zvo1ený pracovní bod leŽícÍ v 1ineární části charakteristiky hodnoty h parametrů 'hllu , h21 , h2? bÍpo1árního tranzistoru.
q .
Princip
činnosti
bipolárnÍho
v zapoje-
určete
tranzÍstoru
T r a n z j . s t o r y j s o u p o I o v o d i Č o v ép r v k y s e t ř e m i ' e l e k t r o d a m i ' V e I e k t r i c kých obvodech nahradi}y vakuové mřížkovée1ektronky. Jsou výhodnější, nebo{' n e p o t ř e b u j Í Ž h a v e n í , p r a c u j í p ř i m e n š í r nn a p ě t í n a e 1 e k t r o d á c h , m a j í d e I š í Ž i v o t n o s t a j s o u r o z m ě r o v ě m n o h e mm e n š Í . jsou vyV p o 1 o v o d i Č o v é mk r y s t a } U g e r m a n i c v é m n e b o č a s t ě j i k ř e m Í k o v é m Vrstvy navazují na sebe tak, tvořeny tři vrstvy s vodivostí typu P a N Jsou tedy moŽné aby spo1u sousedily vŽdy ob}astÍ s různýmtypem vodivosti. (tranP-N-P dvě a1ternativy v uspořádání vrstev : buě nás1edují v pořadí typu NPN). N-P-N (tranzistory zistory typu Pl'lP), nebo v pořadí
každá Jednot1ivé vlstvy krystalu se nazývají emitor, báze a ko1ektor, vys e v o d i v o s t i t y p e m j e o p a t ř e n a o h m i c k ý m Ík o n t a k t y . N a r o z h r a n í s r ů z n ý m jsou tyto přechody dva. tvoří přechod PN, takže v bipoIárním tranzistoru je konstruová0b1ast nrezÍpřechody sé nazývá bází. Jedna z vnějšÍch ob1astí
injekce nosite1ů do báze. Tato abY byIa moŽná co nejefektivnější co ob1ast se nazýuá emitorem. Zbývající' ko1ektorová ob1a5tr mu5Í umoŽňovat nej1epší odsávání nosite1ů z báze. V principu 1ze kaŽdý z přechodů zapojit v propustném nebo závěrném (přechod směru. V aktivnÍm režimu je jeden z přechodů zapojen v propustném . kolektor). Pak je e m i t o r - b á z e ) a d r u h ý v z á u é t n é ms m ě r u ( p ř e c h o d b á z e jsou pak m o Ž n o i n j e k t o v a t z e m i t o r u d o b á z e m e n š i n o v én o s i t e 1 e n á b o j e , k t e r é od napět í,n báze - kolektor extrahovány do ko1ektorové ob1asti. Na rozdí1 p r o u d e m e m itoru proUdoVě řízeným prvken, e1ektronky je bipo1árnÍ tranzistor na tak,
Í í z e n p r o u d k o 1 e k t o r e m . P r o u d k o I e k t o r e m n e m ů Ž eb ý t p ř i n o r m á 1 n Í č i n n o s t i injektranzístoru větší neŽ proud emitorem, nebot je určen počtem nosite1ů je rotovaných do béze z emitorové ob1asti. Proud z báze do vnějšího obvodu
je
nedojde k emitorového a ko1ektorovélto proudu. V tranzistoru p r o u d o v é m uz e s í l e n í , p o n ě v a d ž j e v š a k o d p o r k o 1 e k t o r o v é h o p ř e c h o d u v ě t š í n e Ž ven tozdílu
e m i t o r o v é h o , d o J d e k v ý k o n o v é m ua n a p ě t o v é m u z e s Í 1 e n í .
- 101 -
(o b r
Na obr. I jsou zakreslenY schématické znaČky tranzistoru la) a NPN (obr. lb).
typu
PNP
0br se V obvodech se pouŽívají tři zákIadní druhy zapo3ení tranzistoru, ( S K ). s p o l e č r r o u b á z í ( 5 B ) , s p o 1 e Č n ý me m i t o r e m ( S t ) a s p o 1 e č n ý mk o 1 e k t o r e m NejuŽívatypu PNP Tato zapojenÍ jsou znázorněna na obr.2 pro tranzistor
nější 3e zapojenÍ SE, při němŽ 1ze dosáhnout ne3větší výkonové zesÍIenÍ a hodnoty vstupnÍho a výstupnÍho odporu jsou přijate1né. Ve1ké vstupní Ímpedanvýkonově zesÍV z a p o j e n í S B m ů Ž et r a n z i s t o r ce lze dosáhnout v zapojenÍ 5K lovat
s i g n á 1 y v Š i r š Í mf r e k v e n Č n Í mo b o r u .
fu-, I u'"1
,"{
I
SK
SE
SB
0br. b Í o o 1 á r r r Í h ot r a n z i s t o r u
Charakteristikv
je
Pro popis tranzistoru
třeba
znát vzájemnou závisIost
m e z i č t y Ď m Íp a -
, vstupním proudem I1 , výstupním napětím V zapojení se spo1ečnoubází 3e vstupním napěÚz a výstupním proudem I2. protékajícím tim napětÍ U"b mezÍ emitorem a bází, vstupním proudem I" proudem emitorem, výstupním napětím Uxn mezi koíektorem a bází a výstupním Z ve1ičin 0bdobně je tomu při jiných druzích zapojení. proud ko1ektoru Ix Ut
rametry : V5tupním napětím
vŽdy dvě jako nezávis1e proměnné, hodnoty zbý. vajících ve]ičin jsou pak jiŽ určeny. MezÍ čtyřmi ve1ičinami je možnovo1it šest závÍs1ostí, přitom je ještě 1ibovů1e, kterou ze zbývajÍcích dvou ve1ičin zvo1íme pro danou závis1ost jako parametr. ByIo by tedy moŽno stanovit 0becně mezi ve1ičinami U1 , U2 , T1 , I2 dvanáct funkčních závislostÍ zde uvedených je
1ze v1astnosti
noŽnévo1it
tranzistoru
popsat dvěma nezávis1ými funkčními vztahy,
-
l nÓ LVL
-
např.
u1
hl (rl , u2)
(t)
r2
h2 (It , u2)
(2)
Je pochopÍtelně moŽno k t e r é n a z ý v á n ec h a r a k t e r i s t i c k ý m i r u n t " " ' i t y p u h v y b r a t i j i n o u d v o j i c i z á v i s l e p r o m ě n n ý c hv e l Í č i n ' n a p ř Í k l a d I t , I 2 D o s t a n e m ev z t a h y , k t e r é s e n a z ý v a j Í c h a r a k t e r i s t Í c k ý m i f u n k c e m i t y p u y Il
yl (ul , uz)
(l)
r2
y2 (ul , u2)
(4)
Jiné alternativy ve vo1bě typů charakteristických funkcÍ se již prakticky popisují tentýŽ n e p o u Ž í v a j Í .P r o t o ž e c h a r a k t e r i s t i c k é f u n k c e t y p u y i ! j e j e j e d n o h o p ř e v á d ě t fyzikální objekt, moŽno navzájem z tvaru na druhý. V h o d n ýo b r a z o c h o v á n í t r a n z i s t o r u u d á v a j í c h a r a k t e r i s t i k y ' j i m i ž r o z u m Í m ef u n k č n í z á v i s 1 o s t , k t e r o u z Í s k á m e ' p o k 1 á d á m e - 1 ij e d n u z n e z á v i s 1 e p r o m ě n n ý c hv r o v n Í c Í c h ( l ) a Ž ( o ) z a p a r . a m e t r .C h a r a k t e r i s t i k y z Í s k á v á m e č a s t o p ř í m ý mm ě ř e n Í m .Z n á z o r ň u j e m ej e p a k g r a f i c k y , m ů Ž e mjee t é Ž v y j á d ř i t analyticky. P ř i g r a f i c k é m z n á z o r ň o v á n Íc h a r a k t e r i s t i k s e s n a Ž Í m eo m a x i m á 1 n Í ú s p o r n o s t a v y n á š í m ej e j i c h č á s t i d o k v a d r a n t ů v y t v á ř e n ý c h o s o v ý mk ř í ž e m , z n á z o r n ě n ý mp r o n e j č a s t ě j i u ž í v a n éc h a r a k t e r i s t i k y t y p u h n a o b r . ] C e I é c h a r a k t e r i s t i k y b y p r o b Í h a l y d v ě m aa ž t ř e m i k v a d r a n t y . Charakteristiky v jednotIivých k v a d r a n t e c h m a j Í s v á o z n a č e n í: 1'kvadrant - výstupní charakteristiky 2.kvadrant - převodní charakteristiky J.kvadrant vstupní charakteristiky 4.kvadrant - zpětné převodnÍ charakteristiky Je-1i znáno po jedné skupině charakteristik z hornÍ a dolnÍ po1ov i n y o s o v é h ok ř í ž e , m ů ž e m eJ L Ž o d v o d i t p r ů b ě hc h a r a k t e r 1 s t i k v e Obr. ,
z b ý v a j Í c Í c hk v a d r a n t e c h . .
Jako přÍklad je na obr.4 zakreslena úpIná soustava charakteristik typ u h t r a n z i s t o r u G c 5 1 5 v z a p o j e n í s e s p o l e č n ý me m i t o r e m ( 5 E ) . V s t u p n í eIektrodou je v tomto případě báze, výstupnÍkolektor, takŽe jako vstupní o b v o d o v év e l i č i n y u l , I I b e r e n e n a p ě t Í m e z i e m i t o r e m a b á z í U e b a proud bázÍ Io V ý s t u p n í mn a p ě t Í m U , j e n a p ě t í m e z i k o l e k t o r e m a e m i t o -
-10r-
2001t4
rem
Uk"
dem
IZ
a výstupnÍm prouProud kolektoren Ik'
Vstupní a převodní charaktev y n á š e n ép r o r ů z n á ristiky výstupní napětÍ Ux" se 1išÍ jen málo a proto je na obr.4 jezakresIena z kaŽdé skupiny diná.
60pA
tran CharakteristikY zistoru jsou obecně ne].ineární a výpočet v1astností obvo-
?O1tA
jp r^'ni -9
+
or^
-uk. [v]
du.obsahujícího prvek s nelinenÍ neárnÍ charakteristikou
201t4 6OpA 't00pA
jednoduchý. Pro praktické použití tranzistoru v obvodu není zoravidIa třeba znát zcela přesné řešenÍ'. Kromě toho se většinou
200p4 300pA
vol Í takový pracovní reŽim ve kterém 5e ootranzistoru,
Obr. 4
od 1ichYlkY charakteristik rovnic popisujívedou k linearizaci n e a r i t y n e p r o 3 e v Í . T y t o v Š e c h n yd ů v o d y vztahy této Ilnear1zace jsou lineární cÍch chovánÍ prvku v obvodu. Výsledkem mezi změnami obvodových ve1iČin. PřipraktickémpouŽití(vdanémpracovnímreŽimu)sezpravidIahodnoty obvodovýchve1ičinUl,Il,U2,|2jenvelmimáloodchyIujíodurČitých tzv. pracovnÍ' neoo u,o,i,o , kterými je definován hodnot Ulo,Ito Í2 Ul Změnu závis}e proměnných ve1j'čin " k} idový bod p iranziito.u. pomocÍ totá1nÍch P m ů Ž e m ev y j á d ř i t v (l) a (2) v okolÍ pracovního bodu diferenciálů
d u I,
d rz
Parciátní
derivace
n ím bodě
P
ónr d I l * (/ , T ř l , \
, \ / á n^ = | | ,
\ ďI1
( óht
\t)
oou,
o /
óUl).
aŽ
( ón,
/
),=(+) ,
6U)
stanovujeme v pracoV-
Zavedemeoznačení a pojmenovánÍ
hll
.l
/
ónt
\ ď It
(6)
o
o,,i.*(ř)
(ř)
d Uz
při vstuoní díferenciátní odpor k o n s t a n t ní m U 2
104 -
hta
hzt
(t), =15)
zpětný d1ferenciá1ní
=(+) ,=(*),
hzz
\ du, I
,
konstantním
I
přenoe při
1
proudový dÍferenciá1ní
(#), (#),
konstantnÍm
U2
výstupní diferenciátní při
přenos při
konstantnÍm proudu
vodivost I1
Íakto zavedené h parametry charakterizují tranzistor pro technickou praxi d o s t a t e č n ě . J e j i c h h o d n o t y j s o u z a v á d ě n y v k a t a 1 o z í c h p o 1 o v o d i č o v ý c hp r v k ů . O b d o b n ěj a k o h p a r a m e t r y b y c h o mz r o v n i c ( ] ) a ( 4 ) z a v e d l i p a r a m e t r y y P r o t o ž e o b a t y p y p a r a m e t r ůp o p i s u j í s t e j n ý p r v e k ' j e m o ž n ýv z á j e m n ý p ř e p o č e t. Yll
=
Y2L = hzi / htt
I / hrt
yz? =
Yrz=-hl2lhrl
(7)
(htthzz - htzhzl) / hlt
ProtoŽe pracovní bod P se voIí zpravid]'a v té části charakteristik' jejÍŽ p r ů b ě h s e j e n r p á l o 1 i š í o d } i n e á r n Í h o , j e m o Ž n op o m o c í h p a r a m e t r ův y j á d . ř i t i k o n e č n ěv e l k é z m ě n y v s t u p n í h o n a p ě t í U z a v ý s t u p n Í h op r o u d u 1 2 P1atÍ
4Ur
= hlr
ÁIr
*
h12
AUZ
(8)
AIz
* h21 óIr
*
h22
AÚz
(e)
T y t o v z t a h y n á m d á v a j í m o Ž n o s t s t a n o v i t z n a m ě ř e n ý c hh o d n o t p ř i b 1 i Ž n é h o d n o t y h p a r a m e t r ů .N a p ř í k 1 a d , o d e č t e m e - 1 iz e s í t ě c n a r a k t e r i s t i k z m ě n u při A1' v s t u p n í h o n a p ě t í Á U r o d p o v í d a j í c í z m ě n ě v s t u p n Í h op r o u d u o = ( A u 2 0 ), dostaneme k o n s t a n t n í mv ý s t u p n Í mn a p ě t Í U z
htt. (HÁU,=0
(10)
B u d e -I i v s t u p n Í o 1 e k t r o d o u b á z e ( z a p o j e n Í S E ) , b u d e v s t u p n í d i f e r e n c i á I n Í odpor (nezi emitorema bází) r oven
/ť!.) htt = l;ro
t
(1i) Un"=konst
P r o u d o v éz e s í 1 e n Í t r a n z i s t o r u c h a r a k t e r i z u j e p a r a m e t r h z t , k t e r é m u9 e p r o emitorem t o t , é Žř Í k á p r o u d o v ý z e s i I o v a c í č i n Í t e l a v z a p o j e n Í s e s p o 1 e č n ý m se označuje jako cLe
-105-
d'e
= hzl"
.(
óIr ÁIo
Uk" = konst.
(12)
e ř l b l Í Ž n o u h o d n o t up r o u d o v é h zoe V z a p o J e n í s e s p o l e č n o ub á z í m 0 ž e m p silovacÍho činiteIe urč1t ze vztahu
6o
= h2rb =
Á It. ÁI"
) u*o = konst
(rr)
T e n t o p r o u d o v ý z e s i 1 o v a c Í ě i n i t e I J e b t í z k ý , a v š a k v ž d y m e n š Íj e d n é ( c o ( 1 ) . P r a c u j e - I i t r a n z l s t o r v z a p o J e n í s E i s B v e s t e J n é mp r a c o v nímbodě, platí
a.e
Éo
(14)
I - otb
Princip činnosti unipo}árníhotranzistoru V unipo1árních tranzistorech je vedení proudu zprostředkováno pouze j e d i n ý m d r u h e mn o s i t e l ů . T y t o t r a n z i s t o r y s e n a z ý v a j Í t r a n z i s t o r y ř í z e n é e l e k t r i c k ý m p o l e m , v e z k r a t c e F E T ( z a n g I i c k é h oF i e 1 d - e f f e c t T r a n z i s t o r s ) . Jejich činnost je zaloŽena v principu na tom, že vodivost kanálu mezi dvěma je ode I e k t r o d a m í j e o v I i v ň o v á h a n a p ě t í mn a t ř e t í e I e k t r o d ě , h r a d l e , k t e r é poIe i z o I o v á n o o d v o d i v é h ok a n á l u . N a p ě t Í mn a h r a d I e s e v y t v á ř Í e 1 e k t r i c k é v e s m ě r u p ř i b l i Ž n ě k o I m é mk e s m ě r u p ř e n o s u n á b o j e . T Í m t on a p ě t í m s e r e g u l u j e v e I i k o s t p r o t é k a j Í c í h op r o u d u o b d o b n ě j a k o n a p ě t Í mř Í d í c Í m ř í Ž k y v e 1 e k t r o n c e . H r a d l o m ů Ž eb ý t o d v o d i v é h o k a n á I u o d i z o l o v á n o b u ě P N p ř e c h o d e mz a p o j e n ý m v z á v ě r n é ms m ě r u n e b o i z o l a n t e m . T r a n z i s t o r y s h r a d 1 e mo d d ě 1 e n ý m p ř e c h o d e ms e n a z ý v a j í v e z k r a t c e J F E T ( z a n g 1 i c k é h oJ u n c t i o n F i e 1 d . e f f e c t T r a n z i s t o r s ) . Z t r a n z i s t o r ů s h r a d 1 e mo d d ě l e n ý mi z o I a n t e m j s o u n e j b ě ž n ě j š Í t y , u n i c h Ž j e h r a d l o o d d ě 1 e n ok y s 1 i č n Í k o v o uv r s t v o u . V e z k r a t c e s e o z n a č u j í jako typ
Mo5 (z anglickéhoMetaII-0xid-Semiconductor). N a o b r . 5 j e s c h é m a t i c k yz a k r e s l e n ř e z ' JFET idealizovanou strukturou tranzistoru na obr.5 E a C se v české Elektrody označené termino}ogli nazývají emitor a ko1ektor, v anglické source (s) a drain (D), jsou v da-
n é mp ř Í p a d ě v o d i v ě p r o p o j e n y p o l o v o d l č e mt y . pu P Tyto dvě elektrody jsou principiálně Obr. 5 z á m ě n n é .J e d n g z " - n i c h - e m i t o r E b ý v á p r o p o j e n a s e s u b s t r á t e m . .N e r o z h r a n í m é z i p o l o v o d i č e mt y p u P a N s e p o d h r a d l e m o z n a č e n ý m G ( z a n g l i c k é h o g a t e ) v y t v á ř í v r s t v a , v n Í Ž p o m ě r n ěs 1 I né vnitřnÍ po}e brání průnlku majorltnÍch nositelů proudu z jedné vrstvy do
d r u h é . V o b } a s t i p ř e c h o d u j e t e d y k o n c e n t r a c e n o s l č ů m e n š ín e ž v e v l a s t n Í m p o t o v o d i č i . J e - l l k p ř e c h o d u P N p ř l l ' o Ž e n o ' v n ě J š Íp o l e , J e t t o u š t k a o c h u z e -
=106-
né vrstvy
závisIá
na velikosti
tohoto napětí. S růstem veIikosti
závěrného
zvětšuje a tím se zmenšuje průřez vodivé-
napětÍ se t1ouštka ochuzené vrstvy ho kanálu a vzrůstá jeho odpor. Tranzistory vl.rábějÍ' Z naŠíprodukce je z tranzistorů ný typ
KF '?0
aŽ KF 52) , oba typu
typu JFET se u nás prozatím neřÍzených elektrÍckým po1em dostup-
MOs Schématický řez strukturou
M0S je zakreslen
si01
na obr.6
tranz istoru
Z á k ] ' a d e mt r a n -
je destička polovodiče např.
zistoru
typu P.
Pod napařenými elektrodami emitoru a ko1ektoru jsou vhodnou technologiÍ vytvořeny oboN Hradlo je od destiČky hacené vrstvy izolováno kysl ičnÍkovou vrstvou. typů tranz istorů,
U uróitých
t a k z v a n ý c h o c h u z o v a cÍ c h
. 1 e e m it o r s k o l e k t o r e m 5 p o J e n v o d i v ý m k a n á l e m s v o d Í v o s t Í t y p u N i p ř i n u I o v é mn a p ě tÍ na hradle. Tranzistorem teČe poměrně znač-
Obr. ó
nÍ proud robdobně 3ako u JFt1) i při nulovémnapětÍ na hrad].e.VodÍvost kanálu z m e n š í m ep ř i l o Ž e n Í m z á p o r n é h o n a p ě t Í n a h r a r J l o ' Z á p o r n ý p o t e n c i á I h r a d l a ochuzuje vodivý kanál o nositeIe Ixistuje náI vytvářÍ
náboje'
téŽ otlohacovacÍtyp tranzistoru n e n u l o v é mn a p ě t Í n a h r a d l e '
aŽ při
MOS, u kterého se vodivý kaNenÍ-lr emitor s kolektorem
spoJen vodivým kanálem, pak mezi těmito elektrodami jsou zapo.jeny do sérÍe P ř i k l a d n é m n a p ě t í k o l e k t o r U a u z e m n ě n é me m i t o r u a h r a d 1 e přechody NP a PN poUze zbytkový proud koIektorového přechodu. Vodivý kanál 5e vytvářÍ teprve při kladnémnapětÍ na hradIe tÍm, že k rozhrannÍ poIovodiČ-kysliČnÍk jsou přitahovány záporné náboje. U ochuzovaciho i obohacovacÍho teče tranzistorem
t y p u m ů Ž eb ý t z á k t a d n í d e s t Í Č k a p o l o v o d i č e n a r o z d Í l o d s i t u a c e z a k r e s l e n é PoIar1ty napětÍ na eIektrodách 3sou pak na obr.6 i s vodivostí typu N o p a Č n év ů č i t y p u P Tranzistory
řÍzené elektrickým
Existu.1e řada dalšÍch typů.0bšÍrně3i tikou
polem jsme zde popsali
jen povrchně.
3e moŽno se seznámit s touto problema-
v d o p o r u Č e n é1 i t e r a t u ř e . jako e}ektronj'ckÝ prvek
Unipol árn Í tranz istorv
řÍ4ených e1ektrickým polem umoŽnil nahradÍt e1ek t r o n k y p o I o v o d Í Č o v ý m ip r v k y i v t ě c h o b v o d e c h , U f l i c h Ž j e v y Ž a d o v á n a o d n e . lineárního prvku extrémně velká.vstupnÍ impedance.0dpor mezi hradIem a V ý v o . 1t r a n z i s t o r ů
T o u m o Ž ň u 3 ep o u Ž Í t t e n t o p r V e k n a p ř . na vstupu e}ektrometrických zesi]ovaČů. Je výhodné, Že mají ve srovnánÍ s bipolárními tranzistory a elektronkami ma1ý šum. PouŽÍvají se jako spÍnacÍ' ostatními elektrodami je aŽ
zesi1ovací.
l0) Q
s m ě š o v a c í i p a m ě t o v ép r v k y .
N e . 1 s o uv š a k z p r a v i d l a
vhodnépro vý-
konové zesiIovacÍ stupně, mají veIký rozptyl parametrů a pod. Tranzistory typu MOS jsou velmi snadno poškodite1né. Z předchozího je známo, žé hradlo je odděleno prakticky
Člověx, který manipu}uje s tranzisoblečen v e1ektrickým nábojem, zejména je-li
nevodivou vrstvou'
torem, je velmi často nabit
- 107
oděvu ze syntet1ckých n8ter1áIů. E1ektrlcká kapacita ělověka Je re1ativně m a l á , t a k ž e i m a l ý mn á b o J e ms e n a b l J e n e v y s o k ý p o t e n c 1 á 1 , ř á d o v ě n a p ř . toJ v.. Při dotyku elektrod tranzlstoru nenÍ kysličnÍková vrstva schopoa b e z p o š k o z e n ío d v é s t t e n t o n á b o J a J e J í e l e k t r l c k á p a v n o s t J e d i m e n z o v á h a P ř i d o t y k u n a b l t é h o č I o v ě k ah r a d l a t r a n z i s t o r u na napětÍ řádově do to2 v d o j d e p r o t o k p r ů r a z u i z o I a č n í v r s t v y . a z n 1 č e n ít r a n z i s t o r u t . | O s F E T U t r a n . z i s t o r ů J F E T t o t o n e b e z p e č Ín e h r o z í . | ' | e n i p u l u j e m e . I is t r a n z i s t o r y t y p u M O s , d b á m en a t o , a b y c h o mm ě l i v ý v o d y v z á J e m n ěz k i a t o v á n y . V o b v o d e c hs e F E T z a p o j u j e n e j č a s t ě J i s e s p o l e č n ý me m i t o r e m . P a k j e j e h o z e s Í l e n Í > > l , v s t u p n í o d p o r a Ž t o 1 5 . í 2, v ý s t u p n Í ř á d o v ě 1 0 5 í l Tranzistor v tomto zapojenÍobracÍ fázi signálu. S c h e n a t i c k é z n a č k yp r v k ů J F E T a
.4 TVP X ?
M0SFET jsou zakresleny na obr. 7 t{
TYP N ?
TY? P
TYP '
E xosr Et
JFET 0br
je vhodné pouŽÍvat admitanční y-parametry. ZavádějÍ se však též parametry obdobnéjako u el.ektronek (viz útoha 15). Tato shoda je dána tÍm, Že u FE tranzistorů zapojených se spol e Č n ý me m i t o r e m j e v s t u p n í o b v o d p r a k t i c k y o d d ě l e n o d v ý s t u p n í h o s t e j n ě j a Pro kvantitativnÍ
popis
FE
tranzistorů
ko u elektronek. 0efínujeme: strmost
5
= í,'.
zesÍIenÍ
F
= /éu,' \ \ 7 u o , / , 0 , ,=o ,
vnitřní odpor
)
\ ó uo,/{ou.,=o;
(sr, \
I R. I
= Yzr1
(15)
Yztl
(16)
_
Yz z t -
l'
l(ÁUo.=O)
\ e*
(17)
YzzE
Mezi těmito parametryp1atí 8arkhausenův ztah
s Ri
( 18)
=
)r
- 108 -
Měření charakteristik
v zapo.iení 5E
VýstupnÍ charakteristika
typu
h
na napětÍ mezi kolektorem a emitorem
udává závislost proudu ko1ektorem In Ux" (Ii. = f (Uke)) měřená při konstant.
nÍmproudu bází ' Použijeme zapojenÍ na obr.8
Ve vstupnÍm obvodu je
zatazen
d e k á d o v ý o d p o r , k t e r ý n á m u m o ž ň u j en a s t a v i t
konstantní vstupnÍ proud. Na tomto odporu nastavu3emeco neJvětŠÍ hodnotu, řádově l04 - lo5Q VstupnÍ a výstupnÍ obvod napájÍme např. ze zdroje Aritma 0P 280 45 nebo 5tatron ]205.
PNP
0br PoIarita
napětÍ zdro3e Je na obr.8 zakreslena pro tranzistor typu PNP' Pokud bychom měřiii tranzrstor typu NPN , byla by polarita zdrojů opačná. P ř e c h o d P N b á z e , e m i t o r j e z a p o j e n v p r o p u s t n é ms m ě r u , P N p ř e c h o d k o 1 e k t o r , e m i t o r j e n a o p a k z a p o ' 1 e nv z á v ě r n é m s m ě r u . Z t o h o p l y n e p o m ě r n ě m a I ý v s t u p n í Je třeba si uvědomit' Že při připojení v s t u p n Í h o n a p ě t Í b e z n a s t a v e n í d o s t a t e č n ě v e l k é h o o d p o r u R m ů Ž ed o j Í t k p o a velký výstupnÍ odpor tranzistoru. škození tranzistoru.
Voltmetr ve výstupním obvodu musí mÍt veiký vstupnÍ P o m o c í odpor. napětÍ zdroje a odporu ve vstupním obvodu nastavíme při nulov é mn a p ě t í n a k o I e k t o r u p o Ž a d o v a n ý p r o u d v e v s t u p n í m o b v o d u . P a k p o s t u p n ě zvyšujeme napětÍ mezi kolektorem a emitorem. ZpoČátkupo po
2
aŽ
4 V
0,2 V,
později
K o n t r o l u j e m e n a s t a v e n í v s t u p n í h o p r o u d u a o d e Č Í t á m eh o d n o t y
výstupnÍho proudu a napětí' Výstupní napětÍ zvyšujeme pouze potud, aby nedošlo k překročení mezÍhonapětÍ Uk" nebo k překročenÍ maximáIní ko1ektorové ztráty . P.
X
uk"
(le)
It
Po proměření jedné charakteristiky
z m ě n Í m ev s t u p n Í p r o u d
k u j e m e , V z a p o j e n Í s e s p o l e Č n ý me m i t o r e m m á t r a n z i s t o r lenÍ. Pro germaniovétranzistory
je typická
Ib
a měřenÍ opa-
velké proudové zesÍ-
hodnota proudovéhozesilovacího
)0 , pro křemÍkové Út V zapojenÍ sE jsou proto 100 d " " , v vstupnÍ proudy řádově l0 pA , při výstupních proudech řádově mi1iampéry. činitele
Vstupní charakterÍstiky vis1ost
vstupního napětÍ
Uo"
ve stejném zapojenÍ. Udává je zána vstupním proudu Ib (Ube = f (Io)) , měře-
m ů ž e mm e ěřit
ná přÍ konstantnÍm výstupním napětí Ul" měřené VstupnÍ charakteristiky při různých hodnotách Uk" se od sebe velmi málo lišÍ. MěřÍmeproto zpravid-
109
VstupnÍploudy volíme řádově 10 aŽ 102 pA ' U*" = 5 V 1a jedinou při . V vstupnÍ napětÍ jsou řádu l0 K r o m ě t ě c h t o c h a r a k t e r i s t i k b y b y I o m o Ž n os t a n o v i t j e š t ě p ř e v o d n í c h a (Ix = f (Io) ořt Uk" = konst.) a zpětnou převodnÍcharakter1s. rakteristiku Ib = konst.). Převodní charakteristika typu h je t.iku (Ub" = f (U*") oři převod. Zpét,né přibliŽně 1ineárnÍ, její směrnici udává parametr h21 = ďe n Í c h a r a k t e r i s t i k y u d á v á s Í t ú s e č e kp ř i b ! ' 1 ž n ě r o v n o b ě ž n ý c hs v o d o r o v n o uo s o u ( v i z o b r ' 4 ) . T u t o s í t m u s Í m ep ř i b I t Ž n ě z k o n s t r u o v a t z n a m ě ř e n év s t u p n í c h a rakteristiky. Měření charakteristik
v zapojení SB
Měření je v podstatě stejné jako P o u Ž i j e m eo b v o d z a k r e l e n ý n a , o b r . 9 p ř i z a p o j e n Í S E a p o s t u p p ř 1 m ě ř e n Í n e b u d e m ep r o t o o p a k o g a t . J e v š a k t ř e b e s i u v ě d o m i t , Ž e p r o u d o v ýz e s i l o v a c Í č i n i t e 1 j e v t o m t o p ř Í p a d ě p ř i b t i Ž n ě Výstupníproud se proto jen velmi málo liší 1 roven jedné hztb = db. o d p r o u d u v s t u p n Í h o . V s t u p n í p r o u d n a s t a v u j e m ez p r a v i d I a j e d n o t k y m i 1 i a m p é r u . P ř i m ě ř e n Í d b á m e , a b y c h o mn e p ř e k r o č i 1 i m a x i m á 1 n ík o l e k t o r o v o u z t r á t u , d a n o u v tomto přÍpadě výrazem Px = Uxb Ix (srovnej (19)).
PNP
0br B L í Ž í - I i s e v ý k o n z t r a c e n ý v t r a n z i s t o r u k m a x i m á I n íp o v o l e n é h o d n o t ě , n e s t a č Í s e v š e c h n ou v o l n ě n é t e p 1 o o d v é s t d o o k o I Í a t e p l o t a t r a n z i s t o r u s e z v y š u j e . S e z m ě n o ut e p l o t y s e m ě n Í p a r a m e t r y t r a n z i s t o r u , c o Ž s e p r o j e v í n a p ř í k 1 a d č a s o v o uz á v i s l o s t Í k o l e k t o r o v é h op r o u d u . unipolárnÍho tranzistoru ,ý Z á k 1 a d n Íc h a r a k t e r i s t i k y u n 1 p o } á r n í h ot r a n z i s t o r u v y j a d ř u j e z á v Í s I o s t p r o u d u k o l e k t o r u n a j e h o n a p ě t í , m ě ř e n á p ř i r ů z n ý c hn a p ě t Í c h h r a d 1 a . J e d n á s e o v ý s t u p n Í c h a r a k t e r i s t í k y v z a p o J e n Í s e s p o l e č n ý me m 1 t o r e m .J a k o p ř Í k l a d
MěřenÍ charakteristik
VstupnÍcharakteristiky je sÍt těchto charakterístik zakreslena na obr.10 n e m á s m y s l u m ě ř i t , n e b o Ťh r a d l e m n e t e č e p r o u d M ě ř e n í n a t r a n z i s t o r u s v o d i v o s t n í m k a n á 1 e mt y p u N p r o v á d í m ep ř i n a N a p ě t Í U c E m ě n Í m eo d n u l y d o pětí UoE v tozmezí cca -8 v aŽ +20 V cca
l0 V
-110-
U G E o1 6 v 12V
cv 4V
0v -av -cv
usg[vl 0br
l0
S c h é m am ě ř í c í h o o b v o d u z d e n e u v á d Í m e , n e b o t j e z j e d n o d u š e n o u v a r i a n t o u o b v o VstupnÍ proud neměřÍme.Napájíme-li obvod ze zdroje 5tatron du na obr.8 ,20',
měřÍmevstupnÍ a výstupní napětí měřÍcími přÍstroji
proud měřÍmenapř. digitálnÍm A b y n e d o Š } op ř i
multimetrem
n á h o d n é md o t y k u e l e k t r o d
tranzistoru
je jako ochrana mezi hradlo a emitor zapojena doutnavka vac Í napět Í 3e PouŽit Í
XY
zdroje.
VýstupnÍ
6.l002'500 k jeho poškození, FN 2
Její
zapaIo-
70 V
zapisovaČe k měřenÍ charakteristik
nelineárnÍch 0 výhodách pcuŽití zapisovače k měření charakteristik diod. Princip p r v k ů 3 s m e j i Ž p s a l i V S o u v i s l o s t i s m ě ř e n Í mc h a r a k t e r i s t i k m ě ř e n Í z ů s t á v á s t e 3 n ý a p r o t o 3 e j z d e n e b u d e m eo p a k o v a t . Č t e n á ř e o d k a z u j e m e na ořÍs}ušný odstavec v návodu k ú1oze 1l
0br
1l
S n a d n é j e m ě ř e nÍ v ý s t u p n í c h c h a r a k t e r Í s t i k pol árn ího t ranz istoru.
uvádíme modifikované schémaz obr.8 pro měbipo1árního tranzistoru v zapojení se spoIeč-
Na obr. ll
ření výstupnÍch charakteristik
jak unipo1árnÍho, tak Í bi-
n ý m e m it o r e m .
111
V s t u p X z a p i s o v a č e p ř i p o j í m e p a r a l e l n ě k e z d r o j i k o 1 e k t o r o v é h on a p ě t 1 . N a v s t u p Y p ř i v á d Í m e n a p ě t í z o d p o r u R N z n á m év e l i k o s t i . T o t o n a p ě t Í j e ú m ě r n ép r o u d u t e k o u c Í m uo d p o r e m R N ' t e d y k o l e k t o r o v ý m o b v o d e m .M ě n Í m e - 1 i p l y n u 1 e k o I e k t o r o v én a p ě t Í , z a k r e s 1 Í s e n a z a p 1 s o v a ě i v ý s t u p l í c h a r a k t e r i s t i k a p r o n a s t a v e n o uh o d n o t u v s t u p n í h o p r o u d u . V e 1 i k o s t g r a f u u r č u j e n a s t a v e n á c i t l i v o s t v s t u p ů z a p i s o v a č ea v e I i k o s t o d p o r u R N K o n s t a n t u vstupu X volíme L - 2 V/cm , vstupu Y např. 10 mV/cm Při této cittivosti zakreslíme charakteristiky na papÍr formátu A4, zvoIíme-1i hodnotu odporu RN asi 10 n S e z a p i s o v a č e mm ů Ž e mm eěřit i vstupnÍ charakteristiku' Vstup X zap i s o v a č e z a p o j í m em í s t o v s t u p n Í h ov o 1 t m e t r u ' n a v s t U p Y p ř i v á d í m e n a p ě t í z o d p o r u z a p o j e n é h om Í s t o m i k r o a m p é r m e t r(um i l t a m p é r m e t r uv z a p o j e n Í s 8 ) P ř i m ě ř e n í v s t u p n Í c h a r a k t e r i s t i k y j e o b t Í Ž n ép l y n u 1 e m ě n i t v s t u p n í n a p ě t Í , k t e r é j e p o m ě r n ěm a I é . Z á v i s 1 o s t v s t u p n í h o p r o u d u n a v s t u p n í mn a p ě t Í j e v e l mi strmá. Lr teratura
trl
8roŽ J.
a kol.:
ZákIady fyzikálních čl. 4.5.l.]
t2l
Stránský J.
a kol.:
sPN' Praha 198]
, 4.5.4.1
PoIovodičová technika I, stat
trl
měřenÍ I,
2''
SNTL/Alfa, Praha l976
, čl. ,',,L
Frank H., Šnejdar V.: Principy
a v1astnosti
polovodičových souČástek
SNTL, Praha 1976
[o ]
8eneš 0.,
Černý A',
Zalud V.:
Tranzistory
tízené eIektrickým polem,
SNTL, Praha 1972
t5l
Zatud V',
Kulešov V. N.: Polovodičové obvody s maIýmšumem, SNTL, Praha 1980
-LI?-
