ELEKTRONIKA I. TRANZISZTOROK BSc Mérnök Informatikus Szak Levelező tagozat
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
Bipoláris tranzisztor • Monokristály lapkán létrehozott két azonos, köztük
pedig vékony (<25µm) ellentétes típusú félvezető • NPN vagy PNP típus
Az első tranzisztor 1947-ből
Bipoláris tranzisztor • Lábkiosztások: E – emitter, B – bázis, C – kollektor • Típusok: NPN vagy PNP • Áramköri rajzjelek
NPN
PNP
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
Bipoláris tranzisztor jellemzői • Aktív beállítás: EB átmenet – nyitva, CB – zárva
IE=IC+IB
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
Bipoláris tranzisztor üzemállapotai
Telítésben mind a két dióda nyitott, ezek együttes maradék ellenállását a rajtuk eső UCE,SAT telítéses kollektoremitter feszültséggel vesszük figyelembe.
Bipoláris tranzisztor felépítése
B
E
Bipoláris tranzisztor karakterisztikái
Bemeneti karakterisztika
Transzfer karakterisztika
Bipoláris tranzisztorok típusai
Unipoláris tranzisztor
• Működésük alapelve, hogy egy térrészen átfolyó áramot
úgy szabályozunk, hogy külső elektromos erőtérrel megváltoztatjuk a félvezető vezetőképességét, ill. a rendelkezésre álló keresztmetszetet.
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
Unipoláris tranzisztor • FET – Field Effect Transistor • Villamos térrel (feszültséggel) vezérelhető • Záróirányban előfeszített p-n átmenet
feszültséggel vezérelhető kapacitás és ellenállás (csatorna) • Up=1…7V feszültségnél a csatorna teljesen elzáródik
Záróréteges FET • JFET – Junction FET • G-gate, S-source, D-drain • N- illetve P-csatornás JFET • Működése megegyezik a feszültségvezérelt
ellenálláséval, ha UGS=0V
Záróréteges FET • Feszültséggel vezérelhető ellenállás • Ugate=0V • Áramstabilizálásra használható
Telítés nélküli üzem Ohmikus tartomány - a még el nem záródott csatorna ellenállásként viselkedik.
Telítéses üzem A csatorna elzáródik, így ID az UDS-től függetlenül állandó
Záróréteges FET karakterisztikái
Bemeneti karakterisztika
Transzfer karakterisztika
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
Szigetelt vezérlőelektródájú FET • MOSFET – Metal-Oxid Semiconductor Field Effect
Transistor • IG-FET – Insulated Gate FET • P vagy N típusú hordozó (szubsztrát) • MOS kapacitás (SiO2 dielektrikum)
A „-” töltések a mozgóképes töltéshordozókból és a helyhez kötött ionizált adalékatomok negatív töltéséből állnak
Kiürítéses MOSFET
P-típusú Si-hordozóba (szubsztrát) két erősen szennyezett N-típusú réteg, melyet gyengén szennyezett N-csatorna köt össze
Kiürítéses MOSFET karakterisztikái • Működése a JFET-el megegyezik
Bemeneti karakterisztika
Transzfer karakterisztika
Növekményes MOSFET • P-típusú szubsztrátba kialakítják a két erősen
szennyezett N-típusú részt, az N csatornát viszont nem • Az N csatorna csak UGS>0V esetén jön létre • Uk: ahol a csatorna létrejön
Növekményes MOSFET karakterisztikái
Bemeneti karakterisztika
Transzfer karakterisztika
MOSFET jellemzői • MOSFET-nél Igate~0A, mivel el van szigetelve • • • •
Nagy RGS bemeneti impedancia Nagyon kis RDS kimeneti impedancia CGS bemeneti kapacitással rendelkezik Ez a kapacitás statikusan fel tud töltődni úgy, hogy az eszköz tönkremegy Típusok
