komponente poluprovodniˇcka elektronske...
TRANSCRIPT
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Elektronske komponentePoluprovodnicka svojstva silicijuma
Z. Prijic, D. Mancic
Univerzitet u NišuElektronski fakultet u Nišu
Predavanja 2016.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
PoluprovodniciDefinicija
Materijali cija se vrednost specificne elektricne provodnostinalazi izmedu izolatora i provodnika nazivaju se poluprovod-
nici (semiconductors). Poluprovodnici mogu biti hemijski ele-menti ili jedinjenja. Elementi pripadaju IV-oj grupi periodnogsistema, dok se jedinjenja tipicno formiraju kao dvokompo-nentna, od elemenata iz III i V ili II i VI grupe, iako mogu bitii trokomponentna.
Za sve poluprovodnike karakteristicno je da im se specificnaelektricna provodnost može povecati primenom tehnološkihpostupaka kojima se modifikuje njihov hemijski sastav.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Poluprovodnici
12 13 14 15 16
2
3
4
5
6
5
B
13 14 15 16
Al Si P S
30 31 32 33 34
Zn Ga Ge As Se
48 49 50 51 52
Cd In Sn Sb Te
80 81 82 83
Hg Tl Pb Bi
Grupa
Perioda
IIIA IVA VAIIB VIA
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
PoluprovodniciPoluprovodnicke komponente
Elektronske komponente koje su napravljene na bazipoluprovodnickih materijala nazivaju sepoluprovodnicke komponente (Semiconductor Devices).
Iz ekonomskih i tehnoloških razloga za proizvodnjupoluprovodnickih komponenata se najviše koristisilicijum (Si).
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Kristalna struktura silicijumaAtomska struktura
Silicijum je, posle gvožda, drugi element po rasprostranje-nosti u Zemljinoj kori i ucestvuje u sastavu vecine stena kojecine njenu površinu.
Atom silicijuma sastoji se od jezgra koje u sebi sadrži 14protona i isto toliko neutrona, oko koga kruži 14elektrona.
Cetiri elektrona koja su najudaljenija od jezgrapredstavljaju valentne elektrone. Ovi elektroniucestvuju u stvaranju kovalentnih veza izmedu atomasilicijuma.
Svaku vezu cini par elektrona, unutar koje po jedanelektron pripada po jednom od dva susedna atoma.
Kovalentnih veza ima cetiri, tako da se formiraju strukture uobliku tetraedra.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Kristalna struktura silicijumaSimbolicki prikaz medusobne povezanosti atoma silicijuma: atomi supredstavljeni sferama, a kovalentne veze cilindrima.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Kristalna struktura silicijumaKristalna rešetka
Svaki atom silicijuma povezan je sa cetiri susedna atoma. Ova-kav raspored atoma omogucava konstrukciju zamišljene kockekoja cini jedinicnu celiju kristalne rešetke silicijuma. Stranicakocke se naziva konstanta rešetke. Translacijom jedinicne ce-lije za konstantu rešetke duž prostornih osa (x, y i z) dobijase kristalna rešetka silicijuma.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Kristalna struktura silicijumaKristalna rešetka
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Kristalna struktura silicijumaTipovi silicijuma
U zavisnosti od uniformnosti kristalne rešetke, mogu se razli-kovati tri tipa silicijuma:
monokristalni — kristalna rešetka je uniformna namakroskopskom nivou;
polikristalni — kristalna rešetka je uniformna namikroskopskom nivou;
amorfni — kristalna rešetka nije uniformna.
Sva tri tipa silicijuma se koriste u proizvodnji poluprovodnic-kih komponenata. Na dalje ce se razmatranja odnositi samona monokristalni silicijum.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Elektricna provodnostSlobodni nosioci naelektrisanja
Osnovni uslov za elektricnu provodnost bilo kog materijalapredstavlja postojanje slobodnih nosilaca naelektrisanja u tommaterijalu.
Teorijski posmatrano, na temperaturi apsolutne nule svielektroni ucestvuju u kovalentnim vezama, pa sesilicijum ponaša kao izolator.
Porast temperature izaziva vibracije atoma unutarkristalne rešetke, što deluje kao pobuda kojaomogucava pojedinim elektronima da raskinukovalentnu vezu i oslobode se od maticnog atoma. Nataj nacin oni postaju slobodni nosioci naelektrisanja.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Elektricna provodnostElektroni i šupljine, koncentracija nosilaca, termicka ravnoteža
Kada se elektron oslobodi od maticnog atoma, on zasobom ostavlja „šupljinu“ (hole) koja se, u elektricnomsmislu, može posmatrati kao pozitivno naelektrisanje poapsolutnoj vrednosti jednako naelektrisanju elektrona.
Uobicajeno je da se broj slobodnih nosilacanaelektrisanja izražava po jedinici zapremine (cm−3) pase tako uvodi pojam koncentracija nosilaca.
Termicka ravnoteža je stanje u kome na poluprovodnikne deluje nikakva spoljašnja pobuda (elektricno imagnetno polje, gradijent temperature, itd.).
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Elektricna provodnostKretanje šupljina
Atom teži da upotpuni nepotpunu kovalentnu vezu(predstavljenu šupljinom).
Zbog toga oni „izvlaci“elektron iz kovalentne vezenekog od susednih atoma, pomocu koga popunjavašupljinu.
Na mestu „izvucenog “elektrona susednog atoma ostajenova šupljina.
Nova šupljina se popunjava na ekvivalentan nacin.
Kretanje šupljina kroz kristal silicijuma je prividno, jer se ustvari krecu elektroni koji ih popunjavaju (ostavljajuci pri tomeza sobom nove šupljine).
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Elektricna provodnostKretanje šupljina
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Elektricna provodnostKoncentracija sopstvenih nosilaca (Intrinsic Carrier Concentration)
U hemijski cistom (intrinsic) silicijumu, u termickoj ravnoteži,koncentracija slobodnih elektrona n0 jednaka je koncentracijišupljina p0:
ni = n0 = p0 (cm−3) . (1)
n0p0 = n2i (2)
Na sobnoj temperaturi T = 300K koncentracija sopstvenihnosilaca je ni = 1.01× 1010 cm−3. Zbog toga silicijum pose-duje specificnu elektricnu provodnost na sobnoj temperaturii ona iznosi σ ≃ 4.35× 10−6
Ω−1 cm−1. Ova vrednost speci-
ficne provodnosti je za više redova velicine manja u odnosuna provodnosti metala, pa se silicijum svrstava u poluprovod-nike.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Elektricna provodnostZavisnost koncentracije sopstvenih nosilaca u silicijumu od temperature
109
1010
1011
1012
1013
275 300 325 350 375
ni(c
m-3
)
T(K)
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Zonalna reprezentacija energetskih nivoaEnergetske zone, valentna zona
Svaki elektron unutar materijala poseduje odredenudiskretnu vrednost energije koja se naziva energetski
nivo.
Skup po vrednosti bliskih energetskih nivoa može sepredstaviti kao podrucje koje se naziva energetska zona.
Skup energija valentnih elektrona (onih koji ucestvuju ustvaranju kovalentnih veza izmedu atoma) odredujepodrucje valentne zone (valence band), a maksimalnavrednost energije koju neki od njih može imati odredujeenergiju vrha valentne zone Ev.
Teorijski posmatrano, na temperaturi apsolutne nule svivalentni elektroni imaju energije koje se nalaze uopsegu energija valentne zone.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Zonalna reprezentacija energetskih nivoaPojednostavljeni model energetskih zona u silicijumu.
E
Ec
Ev
Eg
valentna zona
provodna zona
zabranjena zona
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Zonalna reprezentacija energetskih nivoaProvodna i zabranjena zona
Da bi elektron postao slobodan potrebna mu je dodatna ener-gija ciji izvor može biti temperatura ili neka druga vrsta po-bude.
Skup energija slobodnih elektrona cini podrucjeprovodne zone (conduction band), a minimalnavrednost energije koju neki od njih može da imaodreduje energiju dna provodne zone Ec.
Minimalna energija koju je potrebno dodati elektronuda bi prešao iz valentne u provodnu zonu jednaka jerazlici energetskih nivoa dna provodne i vrha valentnezone. Ovim se definiše zabranjena zona (bandgap)energetske širine Eg:
Eg = EC − EV . (3)
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Zonalna reprezentacija energetskih nivoaZavisnost širine zabranjene zone silicijuma od temperature
1.100
1.105
1.110
1.115
1.120
1.125
1.130
275 300 325 350 375
Eg(e
V)
T (K)
Sa porastom temperature smanjuje se energija koju je po-trebno dodati elektronu da bi prešao iz valentne u provodnuzonu⇒ koncentracija sopstvenih nosilaca raste.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Zonalna reprezentacija energetskih nivoaGeneracija i rekombinacija
Proces oslobadanja elektrona iz kovalentnih veza iprelazak iz valentne u provodnu zonu naziva segeneracija slobodnih nosilaca naelektrisanja. Na ovajnacin, u elektricnom smislu, nastaje parelektron–šupljina.
Slobodni elektroni se nasumicno krecu unutar kristalnerešetke i tom prilikom dolaze u blizinu šupljina. Tadabivaju privuceni od strane šupljina i ovaj proces senaziva rekombinacija. Rezultat rekombinacije jenestanak para elektron–šupljina.
U termickoj ravnoteži su neto koncentracije elektrona i šup-ljina jednake i ne zavise od vremena, što je posledica cinje-nice da se procesi generacije i rekombinacije odvijaju istimbrzinama.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Zonalna reprezentacija energetskih nivoaGeneracija i rekombinacija
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Zonalna reprezentacija energetskih nivoaGeneracija i rekombinacija pod dejstvom spoljašnje pobude
Parovi elektron–šupljina mogu biti stvoreni i pod dejstvomspoljašnje pobude. Na primer, poluprovodnik može biti iz-ložen elektromagnetnim talasima u vidu svetlosti tako da unjega prodiru fotoni energije hν koja je veca od energije Eg.U tom slucaju upadni foton predaje svoju energiju elektronui prebacuje ga iz valentne u provodnu zonu, cime se stvarapar elektron–šupljina. Tako nastaju natkoncentracije (excess)elektrona i šupljina. Neto koncentracije elektrona i šupljinasu tada uvecane u odnosu na ravnotežne.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Dopiranje silicijumaSilicijum n i p tipa
Elektricna provodnost silicijuma se može povecatiugradnjom atoma drugih hemijskih elemenata unjegovu kristalnu rešetku.
Atomi koji se ugraduju se nazivaju primesni atomi
(impurities), a sam proces ugradnje se naziva dopiranje
(doping).
Dopiranje se može izvršiti tako da se povecakoncentracija slobodnih elektrona ili šupljina. U prvomslucaju se dopirani silicijum naziva silicijum n-tipa, a udrugom silicijum p-tipa.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Dopiranje silicijumaSilicijum n–tipa, donori
Povecanje koncentracije slobodnih elektrona usilicijumu postiže se ugradnjom atoma iz V grupeperiodnog sistema (npr. fosfora) u njegovu kristalnurešetku.
Ovi elementi imaju po 5 valentnih elektrona, od kojih 4ucestvuju u kovalentnim vezama sa susednim atomimasilicijuma.
Peti valentni elektron se prakticno može smatratislobodnim.
Svaki primesni atom dodaje po jedan slobodni elektronsilicijumu pa se ovakvi atomi nazivaju donori.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Dopiranje silicijumaModel kristalne rešetke silicijuma sa donorskim primesama.
donorski atom
slobodni elektron
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Dopiranje silicijumaSilicijum p–tipa, akceptori
Povecanje koncentracije šupljina u silicijumu postiže seugradnjom atoma iz III grupe periodnog sistema (npr.bora) u njegovu kristalnu rešetku.
Ovi elementi imaju po 3 valentna elektrona i sviucestvuju u kovalentnim vezama sa susednim atomimasilicijuma.
Jedna kovalentna veza, zbog nedostatka cetvrtogelektrona, ostaje neformirana, pa se može smatrati dana tom mestu postoji šupljina.
Svaki primesni atom „oduzima“ po jedan elektronsilicijumu pa se ovakvi atomi nazivaju akceptori.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Dopiranje silicijumaModel kristalne rešetke silicijuma sa akceptorskim primesama.
akceptorski atom
šupljina
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Dopiranje silicijumaSpecificna elektricna otpornost dopiranog silicijuma
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Dopiranje silicijumaVecinski i manjinski nosioci naelektrisanja
Specificna elektricna otpornost silicijuma se možepromeniti unošenjem primesnih atoma (donora iliakceptora).
Silicijum n–tipa ima višak elektrona. Elektroni suvecinski, a šupljine manjinski nosioci naelektrisanja.
Silicijum p–tipa ima višak šupljina. Šupljine su vecinski,a elektroni manjinski nosioci naelektrisanja.
Treba primetiti da primesni atomi znacajno uticu na pove-canje koncentracije slobodnih nosilaca naelektrisanja u silici-jumu u odnosu na koncentraciju sopstvenih nosilaca. Tipicno,silicijum se dopira primesnim atomima u opsegu koncentra-cija 1014
÷ 1021cm−3.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Dopiranje silicijumaKoncentracije vecinskih i manjinskih nosilaca naelektrisanja utermodinamickoj ravnoteži
Ako je koncentracija primesnih atoma u silicijumun–tipa ND, onda je broj slobodnih elektrona n0 ≃ ND:
n0p0 = NDp0 = n2i (4)
Ako je koncentracija primesnih atoma u silicijumup–tipa NA, onda je broj slobodnih šupljina p0 ≃ NA:
n0p0 = n0NA = n2i (5)
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Dopiranje silicijumaKoncentracije vecinskih i manjinskih nosilaca naelektrisanja utermodinamickoj ravnoteži - primer
Na T = 300K je ni ≃ 1× 1010 cm−3.
Ako je ND = 5× 1015 cm−3, onda je broj šupljina:
p0 =n2
i
ND
=1× 1020
5× 1015= 2× 104 cm−3
Ako je NA = 2× 1016 cm−3, onda je broj elektrona:
n0 =n2
i
NA
=1× 1020
2× 1016= 5× 103 cm−3
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Elektricne karakteristikeDejstvo spoljašnjeg napona
Pod dejstvom spoljašnjeg napona, unutar silicijuma se uspos-tavlja elektricno polje, koje stvara usmereno kretanje slobod-nih nosilaca naelektrisanja.
Kretanje slobodnih nosilaca naelektrisanja unutar silicijumapod dejstvom spoljašnjeg elektricnog polja naziva se drift (drift).
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Elektricne karakteristikeDriftovske brzine elektrona i šupljina, pokretljivost
Unutra silicijuma elektroni i šupljine se, pod dejstvom elek-tricnog polja ~E, krecu driftovskim brzinama:
~vdn = −µn~E , (6)
~vdp = µp~E . (7)
Velicine µn i µp predstavljaju pokretljivost (mobility) elektronai šupljina, respektivno. Jedinica za pokretljivost je cm2 V−1 s−1.Pokretljivost generalno opada sa porastom temperature i kon-centracije primesa. Pokretljivost šupljina je, za istu koncentra-
ciju primesa i temperaturu, tipicno 2–3 puta manja od pokret-
ljivosti elektrona!
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Elektricne karakteristikeSpecificna elektricna otpornost i Omov zakon
Specificna elektricna otpornost je:
ρ =1
q(µnn+µpp)(Ω cm) , (8)
pri cemu su n i p koncentracije slobodnih elektrona i šupljina,respektivno (q= 1.6× 10−19 C). Jacina struje kroz silicijum I
je proporcionalna spoljašnjem naponu V:
I
S=
1
ρ·
V
l, (9)
pri cemu je S poprecni presek, a l dužina komada silicijuma.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
pn spojpn (ili p-n) Junction
Dva komada silicijuma koji su uniformno dopirani akceptor-skim i donorskim primesama koncentracija NA i ND, respek-tivno.
Neka je NA > ND.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
pn spojMetalurški spoj (Metalurgical Junction)
Silicijum p–tipa i silicijum n–tipa se spajaju.
Zamišljena linija dodira predstavlja metalurški spoj.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
pn spoj
---------
---------
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
n-oblastp-oblast
metalurški
spoj
osiromašena oblast Wd
negativni
akceptorski
joni
pozitivni
donorski
joni
IDiff
IDrift
0-xp xn
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
pn spojFormiranje osiromašene oblasti
Elektroni iz n-oblasti prelaze u p-oblast, ostavljajuci zasobom pozitivno naelektrisane donorske jone.
Unutar p-oblasti elektroni se rekombinuju sašupljinama, tako da se formiraju negativnonaelektrisani akceptorski joni (ovaj proces se elektricnomože posmatrati kao da su šupljine prešle iz p-oblasti un-oblast, ostavljajuci za sobom negativno naelektrisaneakceptorske jone).
Joni su fiksirani unutar kristalne rešetke i elektricnopredstavljaju razdvojena naelektrisanja. Zbog toga se uokolini p-n spoja formira elektricno polje.
Elektricno polje je usmereno tako da se suprotstavljadaljem kretanju elektrona iz n-oblasti u p-oblast.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
pn spojDifuzija, ugradeno polje
Kretanje elektrona i šupljina na pn spoju nastaje usledgradijenta koncentracije (koncentracija elektrona jeveca u n–oblasti negou u p–oblasti; koncentracijašupljina je veca u p–oblasti nego u n–oblasti)
Kretanje slobodnih nosilaca naelektrisanja usledpostojanja gradijenta koncentracije naziva se difuzija
(diffusion).
Oblast u kojoj su ostali samo joni naziva se osiromašena
oblast (depletion region), jer u njoj nema slobodnihnosilaca naelektrisanja.
Elektricno polje na osiromašenoj oblasti naziva seugradeno polje.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
pn spojDifuzona i driftovska struja
Kretanje slobodnih nosilaca naelektrisanja usledpostojanja gradijenta koncentracije stvara difuzionustruju IDiff .
Unutar osiromašene oblasti dešava se termalnageneracija slobodnih nosilaca naelektrisanja: unutar p–oblasti generišu se elektroni; pod dejstvom
ugradenog elektricnog polja oni prelaze u n–oblast. unutar n–oblasti generišu se šupljine; pod dejstvom
ugradenog elektricnog polja one prelaze u p–oblast.
Kretanje termalno generisanih slobodnih nosilacanaelektrisanja usled postojanja ugradenog elektricnogpolja stvara driftovsku struju IDrift.
Sistem ulazi u termicku ravnotežu kada je:
IDiff = IDrift
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
pn spojUgradeni napon (Built–in Voltage)
Ugradeno elektricno polje stvara na osiromašenoj oblasti po-tencijalnu barijeru, koja se može izraziti kao napon:
Vbi =kT
qln
NDNA
n2i
= Vt ln
NDNA
n2i
. (10)
Napon Vbi naziva se ugradeni napon pn spoja. Napon Vt na-ziva se termicki napon:
Vt =kT
q, (11)
pri cemu je k= 1.38× 10−23 J K−1 Bolcmanova konstanta. NaT = 300K je Vt ≃ 26mV.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
pn spojŠirina osiromašene oblasti
Osiromašena oblast nije simetricna u odnosu na metalurškispoj. Šira je na onoj strani na kojoj je koncentracija primesnihatoma manja. Ukupna širina osiromašene oblasti je:
Wd =
√
√2ǫs
q
1
NA
+1
ND
Vbi, (12)
gde je ǫs = ǫ0 × ǫSi = 1.04× 10−12 F cm−1 dielektricna kons-tanta silicijuma (ǫ0 = 8.85× 10−14 F cm−1 – dielektricna kons-tanta vakuuma, a ǫSi = 11,8 – relativna dielektricna kons-tanta silicijuma).
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Formiranje pn spojaSilicijumski supstrat
Ingot
Homogeno je dopiran primesama (npr. n–tipa).
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Formiranje pn spojaOksidacija
n-supstrat
SiO2
dox
Sloj silicijum–dioksida (SiO2) na supstratu.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Formiranje pn spojaFotolitografija
n-supstrat n-supstrat
SiO2SiO2
fotorezist fotorezist
fotomaska
ekspozicija
Nanošenje fotorezista (levo) i maskiranje i ekspozicija (desno).
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Formiranje pn spojaFotolitografija
n-supstrat n-supstrat
SiO2SiO2
fotorezist fotorezist
Nagrizanje fotorezista (levo) i silicijum–dioksida (desno).
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Formiranje pn spojaFotolitografija
n-supstrat
SiO2
Struktura nakon završenog fotolitografskog postupka.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Formiranje pn spojaJonska implantacija
n-supstrat
SiO2
sloj implantiranih jona
snop jona
Proces ubacivanja primesa u obliku jona u silicijum.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Formiranje pn spojaDifuzija
n-supstrat
SiO2
p-difuzija
p-n spoj
xj
0,7xj
x
Tokom procesa difuzije dolazi do redistribucije primesnih atomakoji su uneti jonskom implantacijom u dubinu supstrata.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Formiranje pn spojaProfil primesa na pn spoju
1019
1018
1017
1016
1015
1014
1013
1012
1011
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
x (µm)
Kon
cen
traci
ja p
rim
esa
(cm
-3)
p
n
xj
fosfor (n-supstrat)
bor (p-difuzija)
neto koncentracija
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Formiranje pn spojaMetalizacija
n-supstrat
SiO2
p-difuzija
metal
metal
n+
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Formiranje pn spojaPasivizacija
n-supstrat
SiO2
p-difuzija
metal
metal
n+
CVD oksid
CVD — Chemical Vapour Deposition.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Formiranje pn spojaPlocica (wafer) nakon procesiranja
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Formiranje pn spojaEnkapsulacija
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Formiranje pn spoja
Sortiranje prema elektricnim karakteristikama.
Obeležavanje.
Grupno pakovanje.
Na osnovu rezultata testova komponente se sortiraju u pod-grupe i obeležavaju na odgovarajuci nacin, tipicno sufiksomu nazivu (npr. bipolarni tranzistor BC547 se pojavljuje kaoBC547A, BC547B i BC457C). Glavna razlika izmedu podgrupaje u opsegu vrednosti pojedinih kriticnih elektricnih parame-tara. Što je opseg širi, to je vece rasipanje parametara (manufacturingspread) unutar jedne podgrupe, tj. komponenta je, uslovnoreceno, manje prihvatljiva za zahtevnije primene. Tipican pri-mer je klasifikacija mikroprocesora u racunarskoj industriji.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Završne napomeneDodatna literatura
Z. Prijic, A. Prijic, Uvod u poluprovodnicke komponente i
njihovu primenu, Elektronski fakultet u Nišu, 2014.(ISBN: 978-86-6125-107-8)Mole se studenti prve godine da procitaju Predgovor, u kome je naznaceno
koji deo materijala se odnosi na predmet ELEKTRONSKE KOMPONENTE.
T. Floyd, Electronic Devices (Conventonal Current
Version), 9th ed., Pearson, 2013. (ISBN: 1292025646)
Napomena: Prikazane elektricne šeme ne ukljucuju sve deta-lje i mogu se koristiti iskljucivo u obrazovne svrhe.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Elektronske komponenteDiode
Z. Prijic, D. Mancic
Univerzitet u NišuElektronski fakultet u Nišu
Predavanja 2016.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeDefinicija
Dioda je naziv za poluprovodnicku komponentu koja ima dvaprikljucka, anodu i katodu. Elektricni simbol diode:
Anoda Katoda
D
Uobicajena slovna oznaka za diodu u elektricnim šemama jeD.U poluprovodnickoj tehnologiji dioda predstavlja pn spoj. Iz-vod anode je na p–oblasti, a katode na n–oblasti1.
1Videti: Poluprovodnicka svojstva silicijuma — pn spoj
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Sadržaj
Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeDirektna polarizacija
Direktna polarizacija diode predstavlja dovodenje spoljašnjegnapona na njene prikljucke tako da je pozitivan kraj naponana anodi, a negativan na katodi.
D1
VF
ID
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeDirektna polarizacija
Spoljašnji napon generiše elektricno polje koje je suprot-nog smera od ugradenog elektricnog polja pn spoja.
Pod dejstvom tog polja elektroni iz n–oblasti se krecu kapn spoju i pri tom nailaze na deo osiromašene oblasti kojise sastoji od pozitivnih donorskih jona koje neutralizuju.
S druge strane, šupljine iz p–oblasti se takode krecu kapn spoju i pri tom nailaze na deo osiromašene oblasti kojise sastoji od negativnih akceptorskih jona, koje takodeneutralizuju.
Na taj nacin se ukupna osiromašena oblast sužava, pa sesamim tim smanjuje i ugradeno elektricno polje!
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeDirektna polarizacija
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeDirektna polarizacija
Smanjenje ugradenog elektricnog polja omogucava daviše šupljina iz p–oblasti prede u n–oblast, a da više elek-trona iz n–oblasti prede u p–oblast. Ovaj proces se nazivainjekcija manjinskih nosilaca.
Na granicama (sada sužene) osiromašene oblasti poja-vljuju se natkoncentracije elektrona i šupljina, koje suznatno vece od ravnotežnih vrednosti.
Pojava natkoncentracija manjinskih nosilaca uzrokuje po-javu difuzione struje koja je znatno veca nego što je tobilo u stanju termicke ravnoteže. Balans se održava uzpomoc spoljašnjeg napona VF koji daje struju kroz dioduID:
ID = IDiff − IDrift .
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeDirektna polarizacija
n-oblastp-oblast0-xp xn
np0
np(x) pn0
pn(x)
pn(xn)
np(-xp)
np(−xp) i pn(xn) su natkoncentracije nosilaca na granicamaosiromašene oblasti. np0 i pn0 su ravnotežne vrednosti2.
2Definicije su pojednostavljene.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeDirektna polarizacija
Tokom difuzije unutar p– i n–oblasti dolazi do rekombi-nacije, pa se natkoncentracije np(x) i pn(x) smanjuju i,ako su oblasti dovoljno dugacke, padaju na ravnotežnevrednosti.
Spoljašnji izvor dodaje dovoljno elektrona da bi se ova-kav proces održavao.
Ukupna struja kroz diodu je:
ID = IS
eVFVt − 1
!!! (1)
Struja IS naziva se inverzna struja zasicenja (reverse satu-ration current) diode i zavisi od površine pn spoja, kon-centracije primesa i temperature.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeDirektna polarizacija: strujno–naponska karakteristika
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeDirektna polarizacija: napon vodenja diode
Znacajna struja pocinje da protice kroz diodu tek kadaspoljašnji napon VF postane blizak vrednosti ugradenognapona pn spoja Vbi!
Nakon toga, struja eksponencijalno raste i za male pro-mene napona VF dobijaju se velike promene struje.
Za primenu u elektronskim kolima definiše se napon vo-
denja diode VD (diode forward voltage). Tipicno, na sob-noj temperaturi se uzima:
VD = 0.7V
Pri direktnoj polarizaciji dioda provodi struju kada je naponna njoj veci od 0.7 V.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Sadržaj
Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeInverzna polarizacija
Inverzna polarizacija diode predstavlja dovodenje spoljašnjegnapona na njene prikljucke tako da je negativan kraj naponana anodi, a pozitivan na katodi.
D1
VR
IS
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeInverzna polarizacija
Spoljašnji napon generiše elektricno polje koje je istogsmera kao ugradeno elektricno polje diode.
Pod dejstvom tog polja šupljine iz p–oblasti napuštajuokolinu pn spoja ostavljajuci za sobom negativne akcep-torske jone.
S druge strane, elektroni iz n–oblasti takode napuštajuokolinu pn spoja ostavljajuci za sobom pozitivne donor-ske jone.
Na taj nacin se ukupna širina osiromašene oblasti pove-cava. ⇒ Povecava se i vrednost ugradenog elektricnogpolja koje sprecava difuziono kretanje nosilaca naelek-trisanja izmedu p– i n– oblasti.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeInverzna polarizacija
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeInverzna polarizacija
Jedino se, pod uticajem ugradenog elektricnog polja, krecumalobrojni termalno generisani nosioci naelektrisanja, pa jeukupna struja kroz diodu jednaka driftovskoj struji IDrift, od-nosno inverznoj struji zasicenja3 IS:
ID = −IDrift = −IS .
Na sobnoj temperaturi tipicno je reda velicine nA i može sesmatrati nezavisnom od vrednosti spoljašnjeg napona inver-zne polarizacije VR.Može se smatrati da pri inverznoj polarizaciji dioda ne provodistruju. Uobicajeno se kaže da je dioda zakocena.
3Inverzna struja zasicenja naziva se još i struja curenja (leakage current).
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Sadržaj
Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeProboj: Zenerov proboj
Povecanje spoljašnjeg napona inverzne polarizacije do-vodi vrednost ugradenog elektricnog polja do granice prikojoj je ono u mogucnosti da raskine kovalentne vezeunutar kristalne rešetke u blizini osiromašene oblasti. Nataj nacin se generišu parovi elektron–šupljina.
Generisani elektroni bivaju prevuceni na n–, a šupljinena p– stranu spoja, povecavajuci naglo struju kroz diodu!Ovaj proces se naziva Zenerov proboj (Zener breakdown).
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeProboj: Lavinski proboj
Pri još višim vrednostima inverzne polarizacije, može sedogoditi da manjinski nosioci koji prolaze kroz osiroma-šenu oblast dostignu dovoljnu kineticku energiju da usudarima sa atomima kristalne rešetke raskidaju kova-lentne veze izmedu njih.
Na ovaj nacin se generišu novi slobodni nosioci koji, opet,imaju dovoljnu kineticku energiju da u sudarima sa dru-gim atomima kristalne rešetke raskidaju kovalentne vezeizmedu njih i stvaraju još slobodnih nosilaca.
Rezultat je opet naglo povecanje struje kroz diodu. Pro-ces je kumulativan i zato se naziva lavinski proboj
(avalanche breakdown).
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeStrujno–naponska karakteristika pri inverznoj polarizaciji i lavinskomproboju
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeProbojni napon
Spoljašnji napon inverzne polarizacije pri kome nastupaproboj naziva se probojni napon (breakdown voltage) VB.
Proboj nije destruktivna pojava, sve dok je struja krozdiodu u opsegu dozvoljene sa stanovišta disipacije sna-ge. To znaci da se smanjenjem spoljašnjeg napona in-verzne polarizacije ispod vrednosti VB struja kroz diodusmanjuje na vrednost struje IS.
Diode se normalno ne polarišu tako da rade u oblasti proboja!Izuzetak su Zener diode4! Dioda je usmeracka komponenta jerprovodi struju samo pri direktnoj polarizaciji.
4Videti pod: Tipovi dioda
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Sadržaj
Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeUticaj temperature
Promena strujno–naponske karakteristike diode sa tempera-turom pri direktnoj polarizaciji:
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
T=25°C
T=50°C
T=75°C
VF (V)
I D (
A)
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeUticaj temperature
Pri direktnoj polarizaciji, porast temperature uzrokuje sma-njenje vrednosti napona vodenja diode, sa približno konstant-nim temperaturnim koeficijentom:
dVD
dT≃ −2 mV C−1 .
Pri inverznoj polarizaciji dolazi do porasta inverzne struje za-sicenja diode. Vrednost inverzne struje zasicenja se približnoudvostrucuje na svakih 10 C porasta temperature!
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeUticaj temperature
Promena strujno–naponske karakteristike diode sa tempera-turom pri inverznoj polarizaciji:
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
-10 -8 -6 -4 -2 0
T=25°C
T =50°C
T =75°C
VR (V)
I D (
nA
)
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Sadržaj
Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeRadna tacka (Quiescent Point)
Postavljanjem otpornika u kolo diode moguce je ogranicitistruju kroz nju pri direktnoj polarizaciji:
ID1 =VF − VD1
R1= −
1
R1VD1 +
VF
R1
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeRadna tacka i radna prava (Load Line)
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
DiodeRadna tacka i radna prava (Load Line)
Presek radne prave i strujno–naponske karakteristike diodedefiniše radnu tacku Q. U radnoj tacki dioda ima staticku ot-
pornost:
RD1 =VDQ
IQ.
Promenom vrednosti otpornika R1 menja se, za poznatu vred-nost VF, nagib radne prave, pa time i pozicija radne tacke nastrujno–naponskoj karakteristici diode.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Sadržaj
Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaIspravljacke diode
Pretvaranje naizmenicnih signala u jednosmerne. Polutalasno(half–wave) ispravljanje:
Tokom pozitivne poluperiode dioda provodi, dok je tokom ne-gativne poluperiode zakocena.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaIspravljacke diode: Polutalasno ispravljanje
vinvout
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno (full–wave) ispravljanje
Tokom pozitivne poluperiode provode diode D1 i D2, a diodeD3 i D4 su zakocene. Tokom negativne poluperiode provodediode D3 i D4, dok su diode D1 i D2 zakocene.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno (full–wave) ispravljanje
Pozitivna poluperioda:
Tacke A i B su na istom potencijalu (kratak spoj)!
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno (full–wave) ispravljanje
Pozitivna poluperioda:
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno (full–wave) ispravljanje
Negativna poluperioda:
Tacke A i B su na istom potencijalu (kratak spoj)!
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno (full–wave) ispravljanje
Negativna poluperioda:
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno ispravljanje
Punotalasni ispravljac (full–wave bridge rectifier), prikaz uelektricnim šemama:
D1
D2
D3
D4
~
~- +
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno ispravljanje
vin vout
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno ispravljanje
Cetiri diode se nalaze u jednom kucištu (U1) i nazivaju se Gre-cov spoj. Kondenzator C se naziva rezervoar (reservoir capa-citor), kondenzator za poravnanje napona (smoothing capa-citor) ili filtarski kondenzator. Tipicno se koriste elektrolitskikondenzatori.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno ispravljanje
C=1,5µF
C=4,7µF
C=10µF
Vr(pp)
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno ispravljanje
Osnovno kolo punotalasnog mrežnog ispravljaca:
F1 je osigurac (fuse), a T1 je mrežni transformator.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Sadržaj
Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaPrekidacke diode
Diode koje u elektronskim kolima prelaze iz provodnog u ne-provodno stanje i obratno, najcešce pod dejstvom impulsnepobude, nazivaju se prekidacke (switching) diode. Na taj na-cin ove diode ostvaruju funkciju elektronskog prekidaca kojina odredeni nacin razdvaja ili spaja pojedine delove kola.Za prekidacke diode je od suštinskog znacaja brzina prekida-nja. Prelazak diode iz provodnog u neprovodno stanje nijetrenutan. Da bi struja kroz inverzno polarisanu diodu pre-stala da tece, potrebno je da prode odredeno vreme koje senaziva vreme oporavka (reverse recovery time) trr.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaPrekidacke diode
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaPrekidacke diode
Znacajna primena prekidackih dioda je u zaštiti elektronskihprekidaca od uticaja induktivnog opterecenja:
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaPrekidacke diode
Ostale primene:
Diodna logicka kola.
Zaštita od inverzne polarizacije naponskih regulatora.
Prebacivanje sa mrežnog na baterijsko napajanje.
...
Neke konvencionalne prekidacke diode: 1N4148, 1N419. Vremeoporavka je od nekoliko ns do nekoliko desetina ns.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Sadržaj
Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaZener diode.
Zener diode su silicijumske diode koje su tehnološki optimizo-vane tako da pri inverznoj polarizaciji rade u oblasti proboja.Elektricni simboli Zener diode:
Anoda Katoda Anoda KatodaAnoda Katoda
Pri direktnoj polarizaciji strujno–naponska karakteristikaZener diode je identicna strujno–naponskoj karakteristicistandardne diode.
Pri inverznoj polarizaciji, u oblasti proboja strujno–na-ponska karakteristika Zener diode ima oštro koleno.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaZener diode.
Pri naponu VZ struja kroz Zener diodu ce biti IZ.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaZener diode.
Regulacija napona pomocu Zener diode:
Oblast regulacije je opseg struja kroz Zener diodu za koje seZenerov napon može smatrati približno konstantnim. Zenerdiode se standardno koriste u oblasti inverzne polarizacije, tj.Zenerovog proboja! Proizvode se sa razlicitim vrednostimaVZ (npr. 5.1 V, 6.2 V, 12 V, itd.)
Podrazumeva se da je napon VZ negativan.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaZener diode.
Eksperimentalna strujno–naponska karakteristika Zener diodeBZX85-C6V2 (VZ = 6.2 V).
−
X
(
43
3
43
3
3
X (
3
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaZener diode.
Eksperimentalna strujno–naponska karakteristika Zener diodeBZX79-C2V7 (VZ = 2.7 V).
1
X( m
3
3
3
X(m
3
Zener diode sa manjim Zenerovim naponima nemaju oštro koleno.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Sadržaj
Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaTVS diode.
Diode koje su posebno namenjene zaštiti elektronskih kola oduticaja naponskih tranzijenata nazivaju se TVS (Transient Vol-tage Suppresion) diode. Realizuju se kao silicijumski pn spo-jevi, sa posebno optimizovanom geometrijom i profilima pri-mesa. TVS diode mogu biti unidirekcione (a) i bidirekcione(b), a odgovarajuci elektricni simboli su:
(a) (b)
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaTVS diode.
Koncept primene TVS dioda:
Tranzijent je najcešce izazvan eksterno, indukcijom ili elektro-statickim pražnjenjem, a predstavlja opasnost po elektronskokolo jer je VTMAX ≫ VIN. Uloga TVS diode je da prilikom na-ilaska naponskog tranzijenta provede, spuštajuci na taj nacinnapon na ulazu kola na vrednost svog napona proboja pri in-verznoj polarizaciji.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaTVS diode.
Zaštita USB magistrale:
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Sadržaj
Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaŠotkijeve diode
Šotkijeve (Schottky) diode se tehnološki realizuju kao spojmetala i dopiranog poluprovodnika. Elektricni simbol Šotki-jeve diode:
Anoda Katoda
Zbog prisustva metala, ugradena potencijalna barijera kodŠotkijeve diode je manja nego kod diode zasnovane na pn
spoju. Zbog toga je napon provodenja pri direktnoj polari-zaciji u opsegu 0.3 V–0.4 V!
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaŠotkijeve diode
Strujno–naponska karakteristika Šotkijeve diode BAT42 pridirektnoj polarizaciji:
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
I (m
A)
VF
(V)
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaŠotkijeve diode: Inverzna struja zasicenja Šotkijeve diode BAT42
Inverzne struje zasicenja kod Šotkijevih dioda su znatno vecenego kod dioda na bazi pn spoja, što ogranicava njihove pri-mene na višim temperaturama.Primene su kod prekidackih izvora napajanja, kao i u digital-nim prekidackim kolima (high-speed switching).
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Sadržaj
Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaVarikap diode
Varikap diode (varaktori) su silicijumske diode koje su teh-nološki realizovane tako da se sa promenom napona inver-zne polarizacije dobija što veca promena kapacitivnosti. Elek-tricni simbol varikap diode:
Anoda Katoda
U praksi, varikap dioda radi u režimu inverzne polarizacije ito kao kondenzator promenljive kapacitivnosti.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaVarikap diode
Postojanje osiromašene oblasti na pn spoju rezultuje pojavomkapacitivnosti koja se može izraziti relacijom koja opisuje ka-pacitivnost kondenzatora sa ravnim oblogama površine A imedusobnog rastojanja Wd, izmedu kojih je dielektrik dielek-tricne konstante ǫs:
Cj =ǫsA
Wd
.
Primenom spoljašnjeg napona inverzne polarizacije VR, osiro-mašena oblast se širi:
Wd =
√
√2ǫs
q
1
NA
+1
ND
(Vbi + |VR|) .
Promenom širine osiromašene oblasti menja se i kapacitiv-nost.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaVarikap diode
Zavisnost kapacitivnosti varikap diode BB109G od napona in-verzne polarizacije:
0
10
20
30
40
50
60
70
0 5 10 15 20 25
C (
pF)
VR
(V)
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaVarikap diode
Varikap diode se primenjuju u kolima za podešavanje ucesta-nosti (tuning circuits) koja su osnova za izbor kanala kod ra-dio, TV i satelitskih prijemnika, kao i kod mobilnih telefona.Ucestanost koja se podešava naziva se rezonantna ucestanosti na njoj se vrši prijem signala odredenog emitera.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Sadržaj
Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaLE diode
Diode koje emituju svetlost (Light Emiting Diodes - LED) pri-padaju grupi optoelektronskih komponenata. Elektricni sim-bol LE diode:
Anoda Katoda
Emisija svetlosti se dešava prilikom direktne polarizacije di-ode i ova pojava se naziva elektroluminiscencija. Suština po-jave je u rekombinaciji elektrona iz provodne zone sa šuplji-nama u valentnoj zoni, prilikom koje se višak energije otpu-šta u obliku fotona. LE diode se izraduju od poluprovodnic-kih jedinjenja (GaAs, GaAsP, AlGaP, SiC, itd.). U zavisnosti odjedinjenja i konstrukcije diode, svetlost koja se emituje možeimati razlicitu talasnu dužinu, pa se proizvode ultraljubicaste,infracrvene, kao i diode koje emituju vidljivu svetlost.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi dioda - LE diode
400 500 600 70010
UV vidljiva svetlost IC
106
Napon direktne polarizacije pri kome LE diode provode je ra-zlicit za razlicite talasne dužine svetlosti. Jacina svetlosti za-visi od struje kroz diodu.
Svetlost VF(typ) (V) IF(typ) (mA)infracrvena 1,2 20–100crvena 1,8 10–20narandžasta 2,0 10–20žuta 2,1 10–20zelena 2,2 10–20plava 3,5 20–30bela 3,5 20–30ultraljubicasta 3,6 20
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaLE diode: Strujno–naponska karakteristika pri direktnoj polarizaciji
0
5
10
15
20
25
1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6
I (m
A)
VF
(V)
plavazelena
žuta
crvena
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaLE diode: Osnovno kolo
U kolo LE diode se obavezno stavlja otpornik, koji ogranicavastruju kroz diodu!
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaLE diode: Osnovno kolo
Vrednost otpornika se izracunava na osnovu tipicnih vredno-sti pada napona i struje kroz diodu iz tehnickih specifikacijaproizvodaca.Primer: Za VF = 5V, VD1 = 1.8 V i IF = 10mA je:
R1 =VF − VD1
IF=
5− 1,8
0,01= 320Ω . (2)
U praksi se uzima najbliža standardna vrednost, npr. R1 =
330Ω.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaLE diode
Standardne LE diode u okruglim kucištima precnika 5 mm:
katoda
infracrvena
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Sadržaj
Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaFotodiode
Fotodiode spadaju u grupu optoelektronskih komponenata, anjihova osnovna karakteristika je da im se inverzna struja zasi-cenja menja sa promenom intenziteta upadne svetlosti. Elek-tricni simbol fotodiode:
Anoda Katoda
Kada fotodioda nije osvetljena kroz nju tece inverzna strujazasicenja I0 koja se naziva struja mraka (dark current). Poddejstvom upadne svetlosti, unutar pn spoja dolazi do genera-cije parova elektron–šupljina, pa se inverzna struja kroz diodupovecava. Struja koja potice usled dejstva upadne svetlostinaziva se struja osvetljaja (light current) ili fotostruja IP.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaFotodiode: Fotonaponski režim
Gustina fluksa svetlosnog zracenja naziva se iradijansaEe (mWcm−2).
Struja IP se menja u zavisnosti od iradijanse Ee upadnesvetlosti, tako da je pad napona na otporniku:
VOUT = V = (I0 + IP)RL
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaFotodiode: Fotonaponski režim
Pad napona VOUT teži da pozitivno polariše diodu! Zbogtoga kroz diodu pocinje da tece struja u smeru suprotnomod smera fotostruje.
Kada struja I postane jednaka nuli, tada je napon na di-odi:
VP(Ee) = Vt ln
IP(Ee)
I0+ 1
.
Fotodioda se ponaša kao izvor jednosmernog napona, pa sepojava naziva fotonaponski efekat. Fotodioda radi u fotona-
ponskom (photovoltaic) režimu. Napon VP(Ee) naziva se foto-
napon.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaFotodiode: Fotoprovodni režim
U ovom slucaju je:
VOUT = (I0 + IP)RL (3)
pa je odziv fotodiode na upadnu svetlost linearan, ako sevrednost napona inverzne polarizacije izabere tako da jeuvek ispunjen uslov VR > VOUT .
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaFotodiode: Fotoprovodni režim
U ovakvoj konfiguraciji fotodioda radi u fotoprovodnom
(photoconductive) režimu. U fotoprovodnom režimu je odzivfotodiode na upadnu svetlost brži nego u fotonaponskom re-žimu jer je, zbog inverzne polarizacije, kapacitivnost pn spojamanja. Tipicno vreme odziva fotodiode na impulsnu svetlo-snu pobudu je reda velicine nanosekunde.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Tipovi diodaFotodiode: Fotoprovodni režim
Detektor objekta na kratkim rastojanjima (proximity sensor).Infracrvena LE dioda D1 i fotodioda D2 u fotoprovodnom re-žimu.
Elektronskekomponente
Diode
Princip radaDirektna polarizacija
Inverzna polarizacija
Proboj
Uticaj temperature
Radna tacka
Tipovi diodaIspravljacke diode
Prekidacke diode
Zener diode
TVS diode (informativno)
Šotkijeve diode
Varikap diode
LE diode
Fotodiode
Završne napomeneDodatna literatura
Z. Prijic, A. Prijic, Uvod u poluprovodnicke komponente i
njihovu primenu, Elektronski fakultet u Nišu, 2014. (ISBN:978-86-6125-107-8)Mole se studenti prve godine da procitaju Predgovor, u kome je naznaceno
koji deo materijala se odnosi na predmet ELEKTRONSKE KOMPONENTE.
T. Floyd, Electronic Devices (Conventonal Current Version),9th ed., Pearson, 2013. (ISBN: 1292025646)
Napomena: Prikazane elektricne šeme ne ukljucuju sve deta-lje i mogu se koristiti iskljucivo u obrazovne svrhe.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektronske komponenteBipolarni tranzistor
Z. Prijic, D. Mancic
Univerzitet u NišuElektronski fakultet u Nišu
Predavanja 2016.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Sadržaj
Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)
Elektricne karakteristike
Tranzistor kao prekidac
Tranzistor kao pojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Definicija
Bipolarni tranzistor (bipolar junction transistor – BJT) je po-luprovodnicka komponenta koja ima tri elektrode. One senazivaju emitor, baza i kolektor (emitter, base, collector). Uzavisnosti od tehnološke realizacije, razlikuju se dve vrste bi-polarnih tranzistora:
npn tranzistori
pnp tranzistori
Rec tranzistor je kovanica koja potice od engleskih reci tran-sferred i resistance.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektricni simboli(a) npn tranzistor; (b) pnp tranzistor
Baza (B)
Emitor(E)
Kolektor (C)
Q Baza (B)
Emitor(E)
Kolektor (C)
Q
(a) (b)
Uobicajena slovna oznaka za bipolarni tranzistor u elektric-nim šemama je Q.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
StrukturaStruktura i osnovna polarizacija npn (a) i pnp (b) tranzistora.
Bipolarni tranzistor se sastoji od dva pn spoja: (1) izmedubaze i emitora (BE) i (2) baze i kolektora (BC). Osnovna po-larizacija podrazumeva da je prvi p–n spoj polarisan direktno,a drugi inverzno.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Polarizacija
Smisao polarizacije je u tome da omoguci protok struje kroztranzistor, od kolektora ka emitoru, pri cemu se intenzitet togprotoka kontroliše preko baze. Realna polarizacija npn tran-zistora pretpostavlja upotrebu naponskih izvora i otpornika(polarizacija pnp tranzistora je analogna, s tim što su napon-ski izvori suprotnog znaka).
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Sadržaj
Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)
Elektricne karakteristike
Tranzistor kao prekidac
Tranzistor kao pojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Princip rada
Elektroni u tranzistor ulaze preko kontakta emitora, cineci nataj nacin struju emitora IE. Pod dejstvom napona direktne po-larizacije VBE, elektroni iz emitora prelaze u bazu, a šupljineiz baze u emitor.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Princip rada
Pošto se šupljine krecu samo prividno, njihovo kretanje u stvaripredstavlja kretanje elektrona koji napuštaju tranzistor krozkontakt baze, cineci na taj nacin struju baze IB.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Princip rada
S obzirom da je emitor jako dopiran (n+), broj elektrona kojiprelaze u bazu je mnogo veci od broja šupljina koje prelazeu emitor. Pošto je baza tanka, najveci broj elektrona koji unju udu iz emitora difuzijom stiže do osiromašene oblasti p–nspoja baza–kolektor.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Princip radaSimbolicki prikaz struja unutar npn tranzistora.
Ovi elektroni, pod uticajem elektricnog polja sa kolektora, bi-vaju prevuceni preko osiromašene oblasti, tako da dalje pro-laze kroz oblast kolektora. Elektroni izlaze iz tranzistora nakontaktu kolektora, cineci na taj nacin struju kolektora IC.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Princip rada
Naziv bipolarni tranzistor je asocijacija na cinjenicu da u tran-sportu ucestvuju obe vrste nosilaca naelektrisanja (elektroni išupljine). Unutar tranzistora postoje još i struje koje su pos-ledica rekombinacionih procesa, ali one ovde nece biti de-taljinije razmatrane. Ipak, treba napomenuti da ove struje,pod odredenim uslovima, mogu znacajno da uticu na osobinetranzistora.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Princip radaStruje
Struje na kontaktima tranzistora ocigledno su povezane rela-cijom:
IE = IB + IC , (1)
pri cemu je struja kolektora mnogo veca od struje baze. Strujakroz p–n spoj je:
I = IS
exp
V
Vt
− 1
, (2)
pri cemu je V napon na p–n spoju, IS je inverzna struja zasi-cenja p–n spoja, a Vt je termicki napon1.
1Videti predavanja o diodama.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Princip radaStrujno pojacanje
Pošto je p–n spoj baza–emitor direktno polarisan, struje bazei kolektora su eksponencijalno zavisne od napona VBE. Zbogtoga je njihov odnos konstantan:
β =IC
IB!!! (3)
Velicina β naziva se strujno pojacanje (current gain), a ozna-cava se još i kao βDC.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Princip radaStrujno pojacanje
Vrednost strujnog pojacanja se, zavisno od tranzistora, stan-dardno krece u opsegu 50–500. Tipicne vrednosti su 100–200, što znaci da je struja kolektora npr. 100 puta veca odstruje baze! Korišcenjem definicije strujnog pojacanja, strujaemitora se može izraziti u obliku:
IE = (1+ β)IB , (4)
pri cemu se, za β ≫ 1, koristi aproksimacija:
IE ≃ β IB = IC . (5)
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Princip rada(a) npn tranzistor i (b) pnp tranzistor u konfiguraciji sa zajednickimemitorom
Mogu se razlikovati ulazno i izlazno kolo, sa referencom nazajednicku elektrodu. Pošto je zajednicka elektroda emitor,ulazno kolo se u ovom slucaju naziva kolo baze, a izlaznokôlo kolektora.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Princip rada(a) npn tranzistor i (b) pnp tranzistor u konfiguraciji sa zajednickimemitorom
Struja baze se može posmatrati kao kontrolni parametar uulaznom kolu, pomocu koga se upravlja strujom kolektora uizlaznom kolu. Mala promena struje baze izaziva veliku pro-menu struje kolektora, pa se tranzistor može posmatrati kaopojacavac struje.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Princip rada(a) npn tranzistor i (b) pnp tranzistor u konfiguraciji sa zajednickimemitorom
Pored toga, kada nema struje baze (u odsustvu napona VBB),tada nema ni struje kolektora, pa se tranzistor može posma-trati kao prekidac. Kao zakljucak se može izvesti: Dva osnovna nacina primene bipolarnog tranzistora su:
pojacavac i prekidac.
Pored konfiguracije sa zajednickim emitorom, moguce su ikonfiguracije sa zajednickom bazom, kao i sa zajednickim ko-lektorom.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Sadržaj
Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)
Elektricne karakteristike
Tranzistor kao prekidac
Tranzistor kao pojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tehnološka realizacijaIlustracija tehnološke realizacije npn tranzistora kao diskretne komponente
Kada se realizuju kao diskretne komponente, na jako dopiranisupstrat se nanosi slabo dopirani epitaksijalni sloj. Supstrat iepitaksijalni sloj su dopirani primesama istog tipa. Zatim seuzastopnim difuzijama formiraju baza i emitor.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tehnološka realizacijaIlustracija tehnološke realizacije npn tranzistora kao diskretne komponente
Jako dopirani supstrat smanjuje rednu otpotnost do kontaktakolektora, jer je debljina supstrata nekoliko stotina µm. Timese omogucava da najveci gradijent napona VBC bude upravona delu epitaksijalnog sloja izmedu supstrata i difuzije baze.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tehnološka realizacijaIlustracija tehnološke realizacije npn tranzistora kao diskretne komponente
To rezultira elektricnim poljem koje je dovoljno jako da elek-trone prevuce preko osiromašene oblasti p–n spoja baza–kolektor.Dodatna p+ difuzija unutar baze služi za ostvarivanje dobrogomskog kontakta izmedu tela baze i metalizacije.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tehnološka realizacijaPrimer profila primesa diskretnog npn tranzistora (presek duž delazamišljene linije E− C).
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Neto
kon
cen
traci
ja p
rim
esa
(cm
-3)
x (µm)
n+ emitor
p baza
n kolektor
n+ supstrat
0
p-n spoj baza-emitor
p-n spoj baza-kolektor
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tehnološka realizacijaIlustracija tehnološke realizacije npn tranzistora kao komponente uintegrisanim kolima
Kada se realizuju u okviru integrisanih kola tada se na istomcipu (odnosno u istom supstratu), pored bipolarnog tranzis-tora, nalaze i druge komponente. Zbog toga je izmedu njihpotrebno obezbediti elektricnu izolaciju. To se postiže spaja-njem supstrata na najniži potencijal u kolu, cime je p–n spojkoji cine supstrat i epitaksijalni sloj stalno inverzno polarisan.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tehnološka realizacijaIlustracija tehnološke realizacije npn tranzistora kao komponente uintegrisanim kolima
Treba primetiti da su u ovom slucaju supstrat i epitaksijalnisloj dopirani primesama razlicitog tipa. Tako se epitaksijalnisloj deli na tzv. izolaciona ostrva, unutar kojih se realizujupojedinacne komponente. Komponente su medusobno izolo-vane inverzno polarisanim p–n spojem supstrat–epitaksijalnisloj. Postoje i druge tehnike izolacije izmedu komponenata uintegrisanim kolima.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tehnološka realizacijaIlustracija tehnološke realizacije npn tranzistora kao komponente uintegrisanim kolima
Redna otpornost kolektora se smanjuje dodavanjem n+ difu-zije duž dela izolacionog ostrva. U ovom slucaju struja kroztranzistor tece lateralno.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
PakovanjaPakovanja diskretnih bipolarnih tranzistora
Diskretni bipolarni tranzistori se pakuju u razlicita kucišta,ciji materijal, oblik i dimenzije prvenstveno zavise od namenetranzistora. Kucišta su standardizovana i prilagodena odrede-nom nacinu montaže.
Diskretni bipolarni tranzistori u kucištima: TO-92 (straightlead), TO-92 (bent lead), TO-18, TO-39 i TO-126 (s leva nadesno).
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Pakovanja
Neka kucišta se odlikuju dodatnim otvorima koji su predvi-deni za pricvršcivanje hladnjaka.
Pomocu bipolarnih tranzistora u integrisanim kolima reali-zuju se složenija elektronska kola. Ova kola predstavljaju vecefunkcionalne celine (npr. operacioni pojacavaci), pa se tran-zistorima unutar njih ne može pojedinacno pristupiti.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
PakovanjaDisipacija snage
Termovizijska slika raspodele temperature na tranzistoru BD241Cpri kontinualnom protoku struje IC ≃ 2.5A. Na kucište tran-zistora je montiran rebrasti hladnjak. Skala je u opsegu 27 C–136 C.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Podela
Diskretni bipolarni tranzistori se prema nameni mogu uop-šteno podeliti na:
tranzistore opšte namene (general purpose BJTs), tranzistore za rad na visokim ucestanostima (RF BJTs)2,
tranzistore snage (power BJTs).
2RF je skaracenica od Radio Frequency.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektricne karakteristike
Prilikom analize elektricnih karakteristika bipolarnog tranzis-tora potrebno je posmatrati promenu razlike potencijala iz-medu elektroda u zavisnosti od spoljašnje polarizacije:
Q1RB
RC
+VCC
+VBB
IB
IE
IC
VBE
+
VBC
-
-
B
C
E
VCE
-
-
+
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektricne karakteristike
Q1RB
RC
+VCC
+VBB
IB
IE
IC
VBE
+
VBC
-
-
B
C
E
VCE
-
-
+
Kada je p–n spoj baza–emitor direktno polarisan, tada je na-pon VBE ≥ VD, pri cemu je VD ≃ 0.75V ugradeni napon p–nspoja. U tom slucaju je:
IB =VBB − VBE
RB
. (6)
Za konstantnu vrednost napona VBB ce i struja IB biti kons-tantna.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektricne karakteristike
Q1RB
RC
+VCC
+VBB
IB
IE
IC
VBE
+
VBC
-
-
B
C
E
VCE
-
-
+
Ako je napon VCC = 0V, tada je i p–n spoj baza–kolektor di-rektno polarisan, pa je VBC ≃ VD. U prvoj aproksimaciji3 semože uzeti VBE = VBC = VD. Tada je VCE = VBE − VBC ≃ 0 V.Struja koja tece kroz tranzistor je struja direktne polarizacijep–n spoja baza–emitor, odnosno IE ≃ IB.
3Smatra se da su p-n spojevi BE i BC identicni.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektricne karakteristike
Q1RB
RC
+VCC
+VBB
IB
IE
IC
VBE
+
VBC
-
-
B
C
E
VCE
-
-
+
Porast napona VCC uzrokuje porast napona VCE, odnosno sma-njenje napona VBC. Kroz tranzistor pocinje da tece struja IC
IC =VCC − VCE
RC
, (7)
koja raste kako se smanjuje napon direktne polarizacije p–nspoja baza–kolektor VBC. Drugim recima, sa smanjenjem na-pona VBC tranzistor postaje „propusniji“ .
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektricne karakteristike
Q1RB
RC
+VCC
+VBB
IB
IE
IC
VBE
+
VBC
-
-
B
C
E
VCE
-
-
+
Kada p–n spoj baza–kolektor postane inverzno polarisan, po-javljuje se pojacavacki efekat (VBC ≤ 0 V ⇒ VCE ≥ VD u ide-alnom slucaju). Tada struja IC postaje konstantna i odredena
relacijom (3). Tranzistor je postigao maksimum svoje „pro-pusne moci“ pri datoj struji IB. Zbog toga dalje smanjenjenapona VBC (zbog porasta napona VCC) ne povecava stuju IC.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektricne karakteristikeZavisnost struje kolektora od napona izmedu baze i kolektora kod npntranzistora
0
20
40
60
80
100
120
-1 -0,75 -0,5 -0,25 0 0,25 0,5 0,75 1
VBC (V)
IB = Const.
I C (
mA
)
VD
Realno, pojacavacki efekat ce se ispoljiti dok je p–n spoj baza–kolektor još uvek direktno polarisan, cim napon VBC opadnedovoljno da kroz spoj ne tece znacajna struja direktne polari-zacije.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektricne karakteristikeZakocenje
Kada je napon VBB = 0V, p–n spoj baza–emitor nije direktnopolarisan. Zbog toga je IB = 0 A, pa ne teku ni struje IE i IC,tako da je VCE ≃ VCC. Tranzistor se može smatrati zakoce-
nim (cutoff) ili iskljucenim. Kada je tranzistor zakocen, kroznjega teku samo inverzne struje zasicenja p–n spojeva, kojese na sobnoj temperaturi mogu zanemariti. Suštinski, zako-cenje tranzistora se može posmatrati kao situacija u kojoj suoba p–n spoja inverzno polarisana.
Tranzistor je zakocen kada su mu oba p–n spojainverzno polarisana.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektricne karakteristike
Kada napon VBB poraste tako da direktno polariše p–n spojbaza–emitor, kroz tranzistor tece struja IB. Porast napona VBB
uzrokuje i porast struje IB, prema (6). Sa porastom strujeIB raste i struja IC, prema (3). Za svaku konkretnu vrednoststruje IB se može nacrati po jedna kriva koja prikazuje zavis-nost struje IC od napona VCE. Time se, korišcenjem strujeIB kao parametra ulaznog kola, može dobiti skup strujno–naponskih karakteristika izlaznog kola. Ovaj skup predstavljaizlazne karakteristike tranzistora.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektricne karakteristikeIzlazne karakteristike
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektricne karakteristikeZasicenje
Medutim, porast struje IC zbog porasta struje IB izaziva i sma-njenje napona VCE, jer pad napona na otporniku RC raste:
VCE = VCC − ICRC . (8)
Kada napon VCE postane dovoljno mali da p–n spoj baza–kolektor bude direktno polarisan, struja IC naglo opada, jer po-jacavacki efekat više ne može da se održi. Zbog toga što su obap–n spoja direktno polarisana, baza je zasicena (saturated)elektronima koji se u nju injektuju iz emitora i kolektora. Prematome, postoji granicna vrednost napona VCE pri kojoj poraststruje IB više ne izaziva porast struje IC. Ova vrednost se na-ziva napon zasicenja i oznacava sa VCE(sat). Radni režim tran-zistora pri ovakvim uslovima polarizacije naziva se zasicenje.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektricne karakteristikeZasicenje
Tranzistor je u zasicenju kada su mu oba p–n spojadirektno polarisana.
Napon zasicenja je mali i tipicna vrednost mu je VCE(sat) ≃
0.2 V. Zbog toga se tranzistor u zasicenju može u prvoj aprok-simaciji posmatrati kao kratak spoj izmedu kolektora i emi-tora. Prebacivanjem tranzistora iz zakocenja u zasicenje iobratno, postiže se da tranzistor radi kao prekidac. Treba na-glasiti da za tranzistor u zasicenju relacija β = IC/IB ne važi.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektricne karakteristikeAktivni režim
Radna prava je odredena izrazom (8). Izmedu zakocenja izasicenja, duž radne prave, nalazi se aktivna oblast ili aktivni
režim rada tranzistora. U aktivnoj oblasti rada tranzistor radikao pojacavac, tj. važi relacija β = IC/IB.
Tranzistor je u aktivnoj oblasti kada mu je p–n spojbaza–emitor direktno polarisan, a p–n spojbaza–kolektor inverzno polarisan.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektricne karakteristikeInverzni aktivni režim
Bipolarni tranzistor može da radi i kada mu je p–n spoj baza–emitor inverzno polarisan, a p–n spoj baza–kolektor direktnopolarisan. Ovaj režim rada naziva se inverzni aktivni režim iliinverzna aktivna oblast.
Tranzistor je u inverznoj aktivnoj oblasti kada mu je p–nspoj baza–emitor inverzno polarisan, a p–n spojbaza–kolektor direktno polarisan.
Strujno pojacanje u inverznom aktivnom režimu je malo.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektricne karakteristikePolarizacija p–n spojeva npn tranzistora u razlicitim režimima rada.
VBE
VBC
0
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Elektricne karakteristikeOblast proboja.
Napon VCE se u aktivnoj oblasti može povecavati sve dok kodp–n spoja baza–kolektor ne nastupi proboj. Tada dolazi donaglog porasta struje IC.
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
I C (
mA
)
VCE (V)
oblast proboja
Tranzistor se normalno ne polariše tako da bude u oblasti pro-boja.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor kao prekidacIlustracija principa primene npn tranzistora kao otvorenog (a) i zatvorenog(b) prekidaca
RC
VCC
S1Q1RB
RC
VCC
S1Q1RB
VBB
VCC VCE(sat)
IC
(a) (b)
0 V
Kada je tranzistor u oblasti zasicenja, napon zasicenja VCE(sat)
je mali, tako da se tranzistor ponaša približno kao kratak spojna izlazu.
Da bi tranzistor radio kao prekidac, potrebno je da uneprovodnom stanju bude zakocen, a da u provodnomstanju bude u oblasti zasicenja.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor kao prekidacOsnovna kola npn (a) i pnp (b) tranzistora kao prekidaca
Kako je napon VCE(sat) mali, njegov uticaj na izlaz kola se za-nemaruje, zbog cega je na slici upotrebljen znak „približnojednako“(≃).
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor kao prekidacTalasni oblici ulaznog i izlaznog signala u prekidackom kolu pnp tranzistora
Ulazni signal
Izlazni signal
Izlazni signal je invertovan u odnosu na ulazni. Zbog togaosnovno prekidacko kolo tranzistora u logickom smislu pred-stavlja invertor.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor kao prekidacNPN tranzistor u kolu LED indikatora stanja
Kada je VBB = 0 V, tranzistor je zakocen, pa kroz LE diodune tece struja. Kada je VBB = 5V, tranzistor treba da bude uoblasti zasicenja, tako da kroz LE diodu tece struja ID1 = IC =
20mA. Za crvenu LE diodu je VD1 = 1.8V.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor kao prekidacNPN tranzistor u kolu LED indikatora stanja
Tipicne vrednosti parametara tranzistora su: VCE(sat) = 0.2 V,VBE = 0.75V i β = 100.
Za ove uslove je potrebno odrediti odgovarajuce vrednosti ot-pornika RC i RB tako da tranzistor bude u zasicenju.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor kao prekidacNPN tranzistor u kolu LED indikatora stanja
Vrednost otpornika RC odreduje se iz izlaznog kola tranzis-tora:
RC ≃VCC − VD1 − VCE(sat)
IC=
5− 1,8− 0,2
20× 10−3= 150Ω . (9)
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor kao prekidacNPN tranzistor u kolu LED indikatora stanja
Tranzistor ce biti u zasicenju za svaku struju baze za koju jeispunjen uslov:
IB >IC
β=
20× 10−3
100= 200µA . (10)
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor kao prekidacNPN tranzistor u kolu LED indikatora stanja
Iz ulaznog kola tranzistora može se odrediti vrednost otpor-nika RB koja obezbeduje da tranzistor bude u zasicenju:
RB =VBB − VBE
IB=
5− 0,75
200× 10−6= 21.25kΩ . (11)
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor kao pojacavacPojacanje malih signala
Koncept primene tranzistora kao pojacavaca zasniva se na po-jacanju naizmenicnih malih signala. To znaci da su amplitudesignala koji se pojacavaju mnogo manje od amplituda jedno-smernih napona napajanja VBB i VCC.
Ulazni signal vin se pojacava tako da se na izlazu (kolektorutranzistora) pojavljuje signal cija je amplituda proporcionalnouvecana.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor kao pojacavac
Da bi tranzistor pravilno radio kao pojacavac, radnu tacku Q
treba postaviti na odredenom mestu duž radne prave, tako dase ulazni signal pojacava bez izoblicenja (distortion).
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor kao pojacavac
Kada je tranzistor u aktivnoj oblasti rada, promena ulaznognapona vin ce izazivati promenu struje baze:
iBQ = IBQ + ib
Zbog toga ce se promeniti i struja kolektora, a samim tim inapon izmedu kolektora i emitora:
iCQ = ICQ + ic
vCEQ = VCEQ + vout
Naizmenicni izlazni signal vout ce biti veci po amplitudi od na-izmenicnog ulaznog signala vin, cime se ostvaruje pojacavackiefekat.
Da bi tranzistor radio kao pojacavac, potrebno je da uprovodnom stanju bude u aktivnoj oblasti rada.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor kao pojacavacNepravilan izbor položaja radne tacke
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor kao pojacavac
Ako je VBE = 0.85V, VBB = 5 V i RB = 10kΩ, onda je strujabaze:
IBQ =VBB − VBE
RB
=5− 0,85
10× 103≈ 400µA . (12)
Ako je pojacanje tranzistora β = 100, ova struja baze ce pro-izvesti struju kolektora ICQ = β IBQ ≈ 40mA.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor kao pojacavac
Za ovu struju kolektora se na izlaznim karakteristikama tran-zistora može odabrati radna tacka Q tako da je VCEQ ≈ 4 V.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor kao pojacavac
Ako je VCC = 12V, izracunava se:
RC =VCC − VCEQ
ICQ
=12− 4
40× 10−3= 200Ω . (13)
Sada se može nacrtati radna prava:
IC =VCC
RC
−VCE
RC
. (14)
Tranzistor ce sigurno biti u aktivnoj oblasti za svaku vrednostradne tacke izmedu tacaka X i Y duž radne prave. To znaci dace se bez izoblicenja pojacati svaki signal koji proizvodi strujubaze u opsegu 300µA–500µA.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor kao pojacavac
Na primer, ulazni naizmenicni signal oblika:
vin = Vin sin(ωt) ≡ Vin sin(2πft) , (15)
cija je amplituda Vin = 100mV i ucestanost f = 1 kHz izazvacepromene struje baze tako da je:
IB(max) =5,1− 0,85
10× 103= 425µA
IB(min) =4,9− 0,85
10× 103= 405µA .
Promena struje baze od 425−405= 20µA bice pojacana β =100 puta, pa ce tako promena struje kolektora u okolini radnetacke biti ∆ICQ = 2 mA.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor kao pojacavacOva promena ce na otporniku RC izazvati promenu napona2 × 10−3
× 200 = 400mV, odnosno ±200 mV u odnosu navrednost napona VCEQ. Izlazni naizmenicni signal je pojacandva puta u odnosu na ulazni i fazno pomeren za 180.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Tranzistor kao pojacavacEksperimentalni primer
Ulazni signal amplitude Vin = 200mV pojacan je približno 8puta.
vin
vout
100mV
1V
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
FototranzistorIlustracija tehnološke realizacije (a) i elektricni simboli (b)
Fototranzistor je bipolarni tranzistor koji pripada grupi opto-elektronskih komponenata. Realizuje se tako da mu je oblastbaze izložena dejstvu upadne svetlosti
Emetalizacija
SiO2
p
n+-supstrat
C
n+
n-epi
emitorbaza
kolektor
(a) (b)
Tranzistor se polariše tako da mu je kolektor na pozitivnompotencijalu u odnosu na emitor. Elektroda baze može posto-jati, ali se ona na polariše.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
FototranzistorPrincip rada
Pod dejstvom upadne svetlosti, unutar osiromašene oblasti p–n spoja baza–kolektor dolazi do generacije parova elektron–šupljina. Pošto je spoj baza–kolektor inverzno polarisan, šup-ljine iz osiromašene oblasti prelaze u bazu, a elektroni u ko-lektor, cineci na taj nacin fotostruju IP. Zbog toga se povecavapozitivni potencijal baze u odnosu na emitor. Efektivno, ovose manifestuje kao porast struje baze kod standardnog bipo-larnog tranzistora, tako da je struja kolektora fototranzistora:
IC ≃ β IP . (16)
Kod fototranzistora je IC = IE, jer je baza „otvorena“. Drugimrecima, struja baze ne postoji, a pojacava se samo fotostruja.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
FototranzistorIzlazne karakteristike
Umesto struje baze, na izlaznim karakteristikama tranzistorase kao parametar daje iradijansa upadne svetlosti Ee.
Struja kolektora kada tranzistor nije osvetljen naziva se struja
mraka (collector dark current). Tipicno je reda velicine nA, alisa porastom temperature raste za više redova velicine i možeda „maskira“ fotostruju.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
FototranzistorSvetlosni spektar
400 500 600 70010
UV vidljiva svetlost IC
106
UV - ultraljubicasta svetlost
IC - infracrvena svetlost
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
FototranzistorRelativna spektralna osetljivost
Fototranzistor cija je zavisnost relativne spektralne osetljivostiod talasne dužine upadne svetlosti data na slici projektovanje tako da je najosetljiviji u infracrvenom podrucju.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
FototranzistorElektronski prekidac koji reaguje na upadnu svetlost: (a) sa zajednickimemitorom; (b) sa zajednickim kolektorom
U oba slucaja vrednosti otpornika se biraju tako da tranzis-tor bude u zasicenju. Sa nailaskom upadne svetlosti naponna izlazu u konfiguraciji sa zajednickim emitorom je VOUT =
VCE(sat) ≃ 0V, dok je u konfiguraciji sa zajednickim kolekto-rom VOUT = VCC − VCE(sat) ≃ VCC.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Optokapler
Optokapler je komponenta koja se sastoji od LE diode i foto-tranzistora integrisanih u jednom kucištu.
Optokapler predstavlja komponentu sa svetlosnom spregomizmedu ulaza i izlaza. Signal sa ulaza izaziva emisiju sve-tlosti LE diode. Ova svetlost predstavlja pobudu fototranzis-tora, tako da se na izlazu pojavljuje odgovarajuci signal. Ulazi izlaz su medusobno galvanski izolovani. Galvanska izola-cija cini optokapler pogodnim za primenu u svim uredajimakod kojih korisnik može doci u dodir sa potencijalno opasnimnivoima sinala (merni instrumenti, medicinski uredaji, tele-komunikacioni uredaji, itd.)
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
OptokaplerEfikasnost sprege (coupling efficiency)
Definiše se kao odnos struje kolektora fototranzistora IC i strujefotodiode pri direktnoj polarizaciji IF:
η =IC
IF· 100 (%) . (17)
Ovaj parametar se još naziva i prenosnim odnosom struja (CTR- Current Transfer Ratio).
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Optokapler
Za optokapler je od znacaja i maksimalni napon izolacije i ontipicno iznosi nekoliko kV (za vece vrednosti može doci doelektricnog proboja izmedu ulaza i izlaza kola).
Optokapler se može polarisati tako da izlazni tranzistor budeu aktivnom režimu ili u zasicenju.
Kada je izlazni tranzistor u zasicenju, optokapler predstavljaprekidac sa svetlosnom spregom.
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Optokapler
U širokoj upotrebi je varijanta optokaplera koja se naziva op-
ticki prekidac (optical switch, optoinerrupter). U ovom slu-caju se optokapler nalazi u kucištu sa procepom.
Fototranzistor, optokapler i opticki prekidac(s leva na desno).
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Optokapler
Procep na srednini kucišta omogucava da optokapler reagujesvaki put kada se izmedu LE diode i fototranzistora pojavi ne-transparentni objekat. Opticki prekidaci se primenjuju u foto-kopir mašinama, štampacima, citacima kartica, itd. Posebnuprimenu nalaze u proizvodnim postrojenjima, gde se koristeunutar mašina za detekciju komada repromaterijala ili polu-proizvoda. Cesto se izlaz optickog prekidaca povezuje na ulazdigitalnog brojaca, što je korisno na linijama za pakovanje.
Optokapleri se takode pojavljuju i u varijantama koje su po-godne za detekciju objekata na kratkim rastojanjima. Takvioptokapleri se nazivaju reflektivni opticki senzori ili, skraceno,retro senzori (retro sensors).
Elektronskekomponente
Bipolarni tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
Elektricnekarakteristike
Tranzistor kaoprekidac
Tranzistor kaopojacavac
Fototranzistor
Optokapler
Završne napomeneDodatna literatura
Z. Prijic, A. Prijic, Uvod u poluprovodnicke komponente i
njihovu primenu, Elektronski fakultet u Nišu, 2014.(ISBN: 978-86-6125-107-8)Mole se studenti prve godine da procitaju Predgovor, u kome je naznaceno
koji deo materijala se odnosi na predmet ELEKTRONSKE KOMPONENTE.
T. Floyd, Electronic Devices (Conventonal Current
Version), 9th ed., Pearson, 2013. (ISBN: 1292025646)
Napomena: Prikazane elektricne šeme ne ukljucuju sve deta-lje i mogu se koristiti iskljucivo u obrazovne svrhe.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Elektronske komponenteMOS tranzistor
Z. Prijic, D. Mancic
Univerzitet u NišuElektronski fakultet u Nišu
Predavanja 2016.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Sadržaj
Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)
Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristikeProbojDisipacija snage
Tranzistor kao prekidacCMOS invertor
Tranzistor kao pojacavac
Fotonaponski relej (informativno)
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Definicija
MOS tranzistor (metal oxide semiconductor – MOS) je polu-provodnicka komponenta koja se tehnološki realizuje sa ce-tiri elektrode. Elektrode se nazivaju sors, drejn, gejt i supstrat
(source, drain, gate, bulk). U zavisnosti od tehnološke reali-zacije, razlikuju se dve vrste MOS tranzistora:
NMOS tranzistor
PMOS tranzistor
Tranzistor se naziva i MOSFET (MOS Field Effect Tranzistor),odnosno MOS tranzistor sa efektom polja.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Elektricni simboli(a) NMOS tranzistor; (b) PMOS tranzistor
Uobicajena slovna oznaka za MOS tranzistor u elektricnim še-mama je T.Elektroda supstrata je na šematskom simbolu oznacena streli-com, a u najvecem broju slucajeva je tehnološki kratkospojenasa elektrodom sorsa, pa se ne pojavljuje kao zaseban izvod.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
StrukturaStruktura i osnovna polarizacija NMOS (a) i PMOS (b) tranzistora.
MOS tranzistor se sastoji od dva simetricna p–n spoja: sors–supstrat i drejn–supstrat. Izmedu ova dva spoja, na supstratuse nalazi sloj silicijum dioksida (SiO2), koji je elektricni izo-lator. Na silicijum dioksidu se nalazi sloj metala koji pred-stavlja gejt. Struktura metal–SiO2–supstrat predstavlja MOSstrukturu.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
StrukturaDefinicija geometrijskih parametara.
Dimenzije gejta su L ×W, dok je debljina sloja silicijum di-oksida dox. Sloj silicijum dioksida se uobicajeno naziva oksid
gejta (gate oxide).
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
StrukturaPolarizacija
Smisao polarizacije sastoji se u tome da omoguci protok na-elektrisanja kroz tranzistor, od sorsa prema drejnu, pri cemuse intenzitet tog protoka kontroliše preko gejta. Da bi se topostiglo potrebna su dva izvora napajanja, jedan na gejtu idrugi na drejnu. Ako je zajednicka elektroda sors, tada sunaponi na gejtu i drejnu VGS i VDS, respektivno. Normalna po-larizacija NMOS tranzistora podrazumeva da su naponi VGS iVDS pozitivni, dok je kod PMOS tranzistora obrnuto.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Sadržaj
Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)
Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristikeProbojDisipacija snage
Tranzistor kao prekidacCMOS invertor
Tranzistor kao pojacavac
Fotonaponski relej (informativno)
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Princip radaPolarizacija NMOS tranzistora: (a) osiromašenje; (b) inverzija.
Kod NMOS tranzistora je supstrat poluprovodnik p–tipa, štoznaci da su unutar njega vecinski nosioci naelektrisanja šup-ljine, a manjinski nosioci elektroni.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Princip radaOsiromašenje
Kada je napon VDS = 0, porast napona VGS uspostavicetransverzalno elektricno polje ~E preko oksida gejta.
Pod dejstvom ovog polja, šupljine neposredno ispod ok-sida gejta bivaju odgurnute ka dubini supstrata, ostavlja-juci za sobom negativne akceptorske jone.
Na taj nacin se ispod gejta stvara osiromašena oblast (depletionlayer), pa se ovaj proces naziva osiromašenje.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Princip radaInverzija
Sa daljim porastom napona VGS intenzitet transverzalnogelektricnog polja ~E postaje dovoljan da privlaci elektroneiz supstrata, tako da se oni gomilaju neposredno ispodpovršine oksida gejta.
Na taj nacin se formira sloj elektrona koji se naziva inver-tovani sloj (inversion layer).
Ovaj proces se naziva inverzija, jer suštinski odgovara si-tuaciji u kojoj je supstrat neposredno ispod površine gejtainvertovan iz poluprovodnika p–tipa u poluprovodnik n–tipa.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Princip radaNapon praga, kanal
Napon VGS pri kome dolazi do inverzije zove se napon
praga (threshold voltage) i oznacava se sa VT!
Invertovani sloj predstavlja kanal (channel), koji je u stvariprovodni put izmedu sorsa i drejna.
Sa porastom napona VDS duž kanala se uspostavlja late-ralno elektricno polje.
Pod dejstvom ovog polja, kroz kanal se uspostavlja pro-tok elektrona od sorsa ka drejnu, pa kroz tranzistor tecestruja drejna ID.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Princip radaUslovi provodenja struje kroz: (a) NMOS tranzistor; (b) PMOS tranzistor.
Kod MOS tranzistora u provodenju struje ucestvuje samo jednavrsta nosilaca naelektrisanja (kod NMOS-a elektroni, a kodPMOS-a šupljine). Zbog toga je MOS tranzistor unipolarna
poluprovodnicka komponenta.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Princip radaUslovi provodenja
NMOS tranzistor provodi struju kada je napon VDS pozi-tivan, a napon VGS pozitivan i veci od napona praga VT.
PMOS tranzistor provodi struju kada je napon VDS nega-tivan, a napon VGS negativan i po apsolutnoj vrednostiveci od napona praga VT .
Primer:Ako je napon praga NMOS tranzistora VT = 2 V, tada ce onprovoditi struju kada je npr.: VGS = 3V i VDS = 5 V.Ako je napon praga PMOS tranzistora VT = −2 V, tada ce onprovoditi struju kada je npr.: VGS = −3V i VDS = −5 V.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Princip radaNMOS (a) i PMOS tranzistor (b) u konfiguraciji sa zajednickim sorsom.
Mogu se razlikovati ulazno i izlazno kolo, sa referencom nazajednicku elektrodu. Pošto je zajednicka elektroda sors, ulaznokolo se u ovom slucaju naziva kolo gejta, a izlazno kôlo drejna.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Princip radaNMOS (a) i PMOS tranzistor (b) u konfiguraciji sa zajednickim sorsom.
Napon na gejtu se može posmatrati kao kontrolni parametaru ulaznom kolu, pomocu koga se upravlja strujom drejna uizlaznom kolu. Mala promena napona na gejtu izaziva velikupromenu struje drejna, pa se tranzistor može posmatrati kaopojacavac struje.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Princip radaNMOS (a) i PMOS tranzistor (b) u konfiguraciji sa zajednickim sorsom.
Pored toga, kada je napon na gejtu manji od napona praga,tada nema ni struje drejna, pa se tranzistor može posmatratikao prekidac. Kao zakljucak se može izvesti:
Dva osnovna nacina primene MOS tranzistora su: poja-cavac i prekidac.
Pored konfiguracije sa zajednickim sorsom, moguce su i konfi-guracije sa zajednickim gejtom, kao i sa zajednickim drejnom.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Sadržaj
Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)
Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristikeProbojDisipacija snage
Tranzistor kao prekidacCMOS invertor
Tranzistor kao pojacavac
Fotonaponski relej (informativno)
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tehnološka realizacijaIlustracija tehnološke realizacije MOS tranzistora kao diskretne komponente
Protok struje kroz komponentu je vertikalan, tako da se ovastruktura naziva VDMOS (Vertical Double diffused MOS).
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tehnološka realizacijaUgradena dioda kod MOS tranzistora kao diskretne komponente
S obzirom da su p–oblast i n+ sors korišcenjem metalizacijekratko spojeni, to se u strukturi pojavljuje ugradena dioda.Ova dioda se naziva body–drain dioda i elektricno se mani-festuje kao da je povezana izmedu sorsa i drejna.
Elektricni simboli (a) NMOS i (b) PMOS tranzistora sa ugra-denom diodom.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tehnološka realizacijaIlustracija tehnološke realizacije CMOS invertora u integrisanim kolima
MOS integrisana kola se tehnološki realizuju tako da na is-tom cipu sadrže NMOS i PMOS tranzistore. Osnovni razlogza ovo je mogucnost formiranja elektricnog kola koje se na-ziva CMOS (Complementary MOS) invertor1.
1Videti pod: CMOS invertor
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tehnološka realizacijaTehnološka realizacija CMOS invertora u integrisanim kolima
NMOS tranzistor se realizuje unutar posebne p–oblasti u n–supstratu. Izolacija izmedu tranzistora se postiže pomocu SiO2,koji delom zalazi u supstrat. Elektricna konfiguracija CMOSinvertora zahteva da drejn NMOS tranzistora i drejn PMOStranzistora budu kratkospojeni, što se postiže metalizacijom.Slicno, gejt NMOS i gejt PMOS tranzistora su kratkospojeni,što se postiže posebnim kontaktima (u trecoj dimenziji struk-ture). Tipicna dužina kanala CMOS tranzistora je par desetinanm, a debljina oksida gejta par nm. Ovako male dimenzijeomogucavaju veliku gustinu pakovanja komponenata po jedi-nici površine. Današnja CMOS integrisana kola mogu sadržatii do nekoliko stotina miliona tranzistora po cm2, pri cemu jesmanjivanje dimenzija tranzistora kontinualan proces.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
PakovanjaPakovanja MOS tranzistora
MOS integrisana kola i diskretni tranzistori u kucištima: DIL-14, TQFP-64, SOIC-14, TO-92, TO-220 (s leva na desno).MOS tranzistori i integrisana kola su komponente koje su veoma oset-
ljive na elektrostaticko pražnjenje, koje tipicno dovodi do degrada-
cije oksida gejta. Zbog toga je pri manuelnom rukovanju obaveznouzemljenje operatera!
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Podela
Diskretni MOS tranzistori se prema nameni mogu uopštenopodeliti na:
tranzistore opšte namene (general purpose MOSFETs),
tranzistore za rad na visokim ucestanostima (RF MO-SFETs),
tranzistore snage (power MOSFETs).
MOS integrisana kola se prema nameni mogu uopšteno pode-liti na:
analogna,
digitalna.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Sadržaj
Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)
Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristikeProbojDisipacija snage
Tranzistor kao prekidacCMOS invertor
Tranzistor kao pojacavac
Fotonaponski relej (informativno)
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristike
Strujno–naponske karakteristike MOS tranzistora standardnopredstavljaju skup zavisnosti struje drejna od napona na gejtui drejnu.Kada je napon na gejtu NMOS tranzistora veci od naponapraga, a napon na drejnu jednak nuli, tada je izmedu sorsai drejna formiran kanal. Dovodenjem malog pozitivnog na-pona na drejn, kroz tranzistor pocinje da tece struja cija jejacina:
ID ≃ k(VGS − VT)VDS , (1)
pri cemu je:
k= µn
W
LC′ox [A V−2] . (2)
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristike
U izrazu (2) je µn pokretljivost elektrona u kanalu2, a C′ox
jekapacitivnost oksida gejta po jedinici površine:
C′ox =ǫox
dox
[F cm−2] . (3)
Dielektricna konstanta SiO2 je ǫox = ǫrǫ0 = 3,9ǫ0 i njenavrednost iznosi 3.45× 10−13 F cm−1.
Za male napone na drejnu, kanal se može posmatrati kao ot-pornik, cija je specificna otpornost odredena koncentracijomelektrona u invertovanom sloju. Struja drejna je linearno pro-porcionalna promeni napona na drejnu, što opisuje izraz (1).
2Kod PMOS tranzistora je µp, odnosno pokretljivost šupljina u kanalu.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristike
Dalji porast napona na drejnu uzrokuje širenje osiroma-šene oblasti inverzno polarisanog p–n spoja drejn-supstrat.
S obzirom da je koncentracija primesa u supstratu manjanego u drejnu, to se osiromašena oblast mnogo više širina stranu supstrata, nego na stranu drejna.
Zbog toga se smanjuje i koncentracija elektrona u inver-tovanom sloju, neposredno uz drejn.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristike
Struja drejna nije više linearno proporcionalna naponu na drejnu,jer otpornost kanala lagano raste:
ID = k
(VGS − VT)VDS −1
2V2
DS
(4)
Oblast rada koja se opisuje izrazom (4) naziva se triodna oblast
(triode region). Unutar triodne oblasti, za male napone nadrejnu, nalazi se linearna oblast, koja se opisuje izrazom (1).
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristike
Dalji porast napona na drejnu sve više širi osiromašenuoblast inverzno polarisanog p–n spoja drejn–supstrat, „po-tiskujuci“ na taj nacin kanal od drejna.
Napon na gejtu više nije dovoljan da održava koncentra-ciju elektrona u invertovanom sloju neposredno uz drejn,pa dolazi do prekida kanala.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristike
Prekid kanala ne znaci da kroz tranzistor prestaje da tecestruja. Elektroni kroz osiromašenu oblast od kraja kanalado drejna prolaze privuceni elektricnim poljem sa drejna.
Medutim, struja drejna prestaje da raste sa porastom na-pona na drejnu i tranzistor ulazi u oblast zasicenja (saturationregion).
Napon na drejnu pri kome tranzistor ulazi u oblast zasi-cenja je:
VDS(sat) = VGS − VT . (5)
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristike
U oblasti zasicenja struja drejna se može opisati izrazom:
ID =1
2k(VGS − VT)
2 . (6)
Može se zakljuciti:
MOS tranzistor ce biti u zasicenju za svaku vrednost na-pona na drejnu za koju je ispunjen uslov:
|VDS| ≥ |VGS − VT| . (7)
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristike: Izlazne karakteristike
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristike: Prenosna karakteristika
Za svaku konkretnu vrednost napona VDS može se nacrtatikriva koja predstavlja zavisnost struje drejna od napona nagejtu. Ova kriva naziva se prenosna karakteristika MOS tran-zistora:
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Uticaj temperature
Sa porastom temperature opadaju i napon praga i po-kretljivost nosilaca u kanalu.
Za male napone na gejtu dominira pad napona praga, pastruja drejna raste.
Za vece napone na gejtu dominira pad pokretljivosti no-silaca u kanalu, pa struja drejna opada.
Za jednu vrednost napona na gejtu efekti se medusobnokompenzuju i time je odredena tacka u kojoj se prenosnekarakteristike presecaju. Ova tacka naziva se tacka nul-tog temperaturnog koeficijenta (Zero Temperature Coef-ficient – ZTC).
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Sadržaj
Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)
Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristikeProbojDisipacija snage
Tranzistor kao prekidacCMOS invertor
Tranzistor kao pojacavac
Fotonaponski relej (informativno)
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Elektricne karakteristikeProboj
Napon VDS se u oblasti zasicenja može povecavati sve dok kodp–n spoja drejn–supstrat ne nastupi proboj. Tada dolazi donaglog porasta struje ID.
MOS tranzistor se normalno ne polariše tako da bude u oblastiproboja, koji po njega može biti destruktivan.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Sadržaj
Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)
Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristikeProbojDisipacija snage
Tranzistor kao prekidacCMOS invertor
Tranzistor kao pojacavac
Fotonaponski relej (informativno)
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Elektricne karakteristikeDisipacija snage
Disipacija snage oznacava se sa PD i njena maksimalna dozvo-
ljena vrednost se definiše u tehnickim specifikacijama proizvo-daca za odredenu temperaturu okoline TA u kojoj se tranzistornalazi. Prilikom projektovanja elektronskih kola potrebno jeobezbediti da disipacija snage na tranzistoru u svakom tre-nutku bude manja ili jednaka vrednosti PD, odnosno da važiuslov:
VDSID ≤ PD . (8)
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Elektricne karakteristikeDisipacija snage: Oblast sigurnog rada
Oblast sigurnog rada
Granicna kriva predstavlja uslov (8).
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tranzistor kao prekidacIlustracija principa primene MOS tranzistora kao otvorenog (a) i zatvorenog(b) prekidaca
Kada je tranzistor u triodnoj oblasti, napon VDS je relativnomali, tako da se tranzistor ponaša približno kao kratak spojna izlazu.
Da bi MOS tranzistor radio kao prekidac, potrebno je dau neprovodnom stanju bude zakocen, a da u provodnomstanju bude u triodnoj oblasti.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tranzistor kao prekidacOsnovna kola NMOS (a) i PMOS (b) tranzistora kao prekidaca
Kola se u praksi najcešce realizuju tako da je VGG = VDD.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tranzistor kao prekidacTalasni oblici ulaznog i izlaznog signala u prekidackom kolu NMOStranzistora
Izlazni signal je invertovan u odnosu na ulazni. Zbog togaosnovno prekidacko kolo tranzistora u logickom smislu pred-stavlja invertor.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Sadržaj
Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)
Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristikeProbojDisipacija snage
Tranzistor kao prekidacCMOS invertor
Tranzistor kao pojacavac
Fotonaponski relej (informativno)
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tranzistor kao prekidacCMOS invertor
Sastoji se od NMOS i PMOS tranzistora:
Tranzistori imaju iste vrednosti napona praga (VTN = |VTP|),kao i struje drejna pri datim naponima polarizacije.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tranzistor kao prekidacCMOS invertor
Kada je na ulazu invertora VIN = 0, NMOS tranzistor jezakocen jer je VGSN = 0.
Pošto je VGSP = VIN −VDD = −VDD, to ce PMOS tranzistorimati kanal cija je otpornost RchP, pa ce napon na izlazubiti VOUT = VDD.
Kada je napon na ulazu invertora VIN = VDD, PMOS tran-zistor je zakocen jer je VGSP = 0.
Pošto je VGSN = VDD, to ce NMOS tranzistor imati indu-kovani kanal cija je otpornost RchN, pa ce napon na izlazubiti VOUT = 0.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tranzistor kao prekidacCMOS invertor
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tranzistor kao prekidacCMOS invertor: Naponska prenosna karakteristika VOUT = f(VIN)
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tranzistor kao prekidacCMOS invertor
Struja kroz invertor tece samo u prelaznom režimu, od-nosno kada invertor menja stanje. Zbog toga se u stabil-nom stanju na invertoru ne disipira snaga, što je velikaprednost u odnosu na invertor sa otpornikom stalne ot-pornosti.
PMOS tranzistor na cipu zauzima mnogo manje mesta odotpornika, pa je time omogucena veca gustina pakovanjakomponenata po jedinici površine cipa.
Savremeni mikroprocesori i memorije izraduju se iskljucivo uCMOS tehnologiji.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tranzistor kao pojacavacPojacanje malih signala
Koncept primene tranzistora kao pojacavaca zasniva se na po-jacanju naizmenicnih malih signala.
Ulazni signal vin se pojacava tako da se na izlazu (drejnu tran-zistora) pojavljuje signal cija je amplituda proporcionalno uve-cana.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tranzistor kao pojacavacNaponsko pojacanje
Da bi tranzistor pravilno radio kao pojacavac, radnu tacku Q
treba postaviti na odredenom mestu duž radne prave, tako dase ulazni signal pojacava bez izoblicenja3.
Da bi MOS tranzistor radio kao pojacavac, potrebno jeda u provodnom stanju bude u oblasti zasicenja.
3Videti: Bipolarni tranzistor
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tranzistor kao pojacavacPrimer: VT = 2 V, RD = 56Ω i VDD = 9V
Radna prava:
ID =VDD − VDS
RD
za VDS = 0 ⇒ ID =VDD
RD
=9
56≃ 160mA ;
za ID = 0 ⇒ VDS = VDD = 9 V .
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tranzistor kao pojacavacPrimer
Ako se radna tacka izabere kao na slici, za VGS = 3 V tranzistorce biti u zasicenju, pri cemu je ID ≃ 75 mA.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tranzistor kao pojacavacPrimer
Naponsko pojacanje se prakticno može izracunati kao:
Av = −2IDRD
VGS − VT
, (9)
pri cemu se smatra da su VGS i ID jednosmerni napon na gejtui struja drejna u radnoj tacki, respektivno. Znak „minus“ uka-zuje da su ulazni i izlazni signal suprotni po fazi. Na osnovu(9) je:
Av = −2× 0,075× 56
3− 2≃ −8,4 .
Ako se na ulaz kola dovede naizmenicni signal amplitude 10 mVi ucestanosti 10 kHz, onda se na izlazu dobija signal cija jeamplituda uvecana približno 8,4 puta.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tranzistor kao pojacavacPrimer: Eksperimentalni rezultat
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tranzistor kao pojacavacUticaj otpornosti otpornika RD na nagib radne prave
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tranzistor kao pojacavacUticaj otpornosti otpornika RD na položaj radne tacke
Veca vrednost otpornosti povecava vrednost pojacanja.Medutim, time se položaj radne tacke približava granicitriodne oblasti, pa se lako može dogoditi da izlazni signalbude izoblicen.
Manja vrednost otpornosti, pored toga što smanjuje po-jacanje, znaci i vecu jednosmernu struju kroz tranzistoru radnoj tacki, što povecava disipaciju snage.
Izbor konkretne vrednosti otpornosti je u praksi kompromiskoji u obzir uzima vrednost napona VDD, tip tranzistora i že-ljenu vrednost pojacanja.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Tranzistor kao pojacavacEksperimentalni primer
Ulazni signal amplitude Vin = 200mV pojacan je približno 8puta.
vin
vout
100mV
1V
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Fotonaponski relej
Fotonaponski relej (photovoltaic relay) je optoelektronska kom-ponenta koja predstavlja elektronski prekidac. Drugi naziv zaovu komponentu je fotoMOS relej. Osnovna namena mu je dasluži kao zamena za elektromehanicke releje. Od standardnihelektronskih prekidaca realizovanih pomocu MOS tranzistorarazlikuje se po tome što su ulaz i izlaz galvanski izolovani. Po-red toga, na izlaz releja se može prikljuciti opterecenje kojese pobuduje naizmenicnim signalom.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Fotonaponski relejBlok dijagram
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Fotonaponski relejPrincip rada
Na ulazu kola nalazi se LE dioda, koja pobuduje niz fotodioda. Ovaj niz u stvari predstavlja fotonaponsku celiju,ciji je izlazni napon dovoljan da polariše gejt izlaznihMOS tranzistora na vrednost vecu od napona praga, takoda tranzistori mogu da provode struju.
Tranzistori su polarisani u linearnu oblast, tako da je padnapona na njima zanemarljiv. Kada LE dioda prestane daemituje svetlost, izlazni tranzistori se iskljucuju.
Izlazni tranzistori su MOS tranzistori snage, tako da se rele-jem mogu kontrolisati veliki potrošaci. Na izlazu fotonapon-skog releja može biti i samo jedan tranzistor, ali u tom slucajurelej može da kontroliše samo opterecenja koja se pobudujujednosmernim signalom. Sve komponente nalaze se unutarjednog kucišta.
Elektronskekomponente
MOS tranzistor
Struktura i principradaStruktura
Princip rada
Tehnološka realizacija(informativno)
ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike
Proboj
Disipacija snage
Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor
Tranzistor kaopojacavac
Fotonaponski relej(informativno)
Završne napomenePreporucena literatura
Z. Prijic, A. Prijic, Uvod u poluprovodnicke komponente i
njihovu primenu, Elektronski fakultet u Nišu, 2014. (ISBN:978-86-6125-107-8)Mole se studenti prve godine da procitaju Predgovor, u kome je naznaceno
koji deo materijala se odnosi na predmet ELEKTRONSKE KOMPONENTE.
T. Floyd, Electronic Devices (Conventonal Current Version),9th ed., Pearson, 2013. (ISBN: 1292025646)
Napomena: Prikazane elektricne šeme ne ukljucuju sve deta-lje i mogu se koristiti iskljucivo u obrazovne svrhe.